Come riparare il DNA attraverso la terapia genica ha superato i fallimenti di alto profilo

Il pioniere della terapia genica Richard Jude Samulski ricorda quando evitò le parole “terapia genica”. A metà degli anni 2000, ha detto alle persone che ha lavorato su “nanoparticelle biologiche”, tentando persino di registrare il termine. “Sentivamo che era il travestimento che avremmo dovuto indossare per andare avanti”, ricorda Samulski, professore di farmacologia all’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.

La morte di un adolescente in una sperimentazione clinica di terapia genica nel 1999 e i casi di leucemia in una sperimentazione subito dopo hanno quasi estinto il campo, che cerca di curare le malattie alla radice sostituendo o contrastando un gene malfunzionante. Ci sono state indagini federali, tagli ai fondi e molta attenzione negativa dei media. Eppure una manciata di ricercatori non ha mai smesso di lavorare, a volte per ostinazione ea volte perché non potevano dire di no ai genitori disperati. “Tutti si sono adattati per fare quello che serviva per andare avanti”, dice Samulski.

La storia della terapia genica ha un lieto fine. Oggi, l’Alliance for Regenerative Medicine elenca nove terapie geniche disponibili in tutto il mondo che sono state approvate da agenzie di regolamentazione riconosciute a livello internazionale, oltre a più di 200 in studi clinici avanzati. Il campo attira miliardi di dollari di finanziamenti ogni anno. Ma il suo passato tumultuoso ci ricorda che il corso dell’innovazione medica raramente scorre liscio.

Tutto è iniziato più di mezzo secolo fa, con la scoperta di coltelli molecolari e un virus in agguato nelle cellule delle scimmie.

Vettori e battute d’arresto

Negli anni ’60, i ricercatori hanno identificato proteine ​​nei batteri che funzionano come coltelli chimici per tagliare il DNA in frammenti. Questi “enzimi restrittivi” hanno sollevato l’incredibile possibilità che gli scienziati potessero smontare il DNA e rimontarlo. Poi, negli anni ’70, un virus chiamato SV40, isolato dalle cellule renali delle scimmie, si dimostrò in grado di fornire materiale genetico nelle cellule bersaglio.

Insieme, le scoperte hanno suggerito che era possibile utilizzare un vettore virale come un camion FedEx molecolare per fornire nuovo DNA nelle cellule per contrastare o sostituire il DNA malfunzionante. Sfortunatamente, SV40 si è rivelato troppo inaffidabile e rischioso per le applicazioni mediche. Tendeva a inserire frammenti di DNA in luoghi che potevano causare il cancro delle cellule. Così iniziò la pluridecennale caccia a nuovi vettori migliori.

Negli anni ’70, gli scienziati scoprirono che un virus chiamato SV40 (mostrato) poteva fornire materiale genetico nelle cellule bersaglio.Immagini di storia della scienza/Alamy Foto

Due studi iniziali di terapia genica condotti negli Stati Uniti nel 1989 e nel 1990 utilizzavano retrovirus modificati, un tipo di virus in grado di trasformare i suoi geni codificati nell’RNA in DNA una volta all’interno di una cellula. Entrambi i trattamenti – uno per il melanoma, un altro per una malattia autoimmune ereditaria chiamata immunodeficienza combinata grave o SCID – non hanno avuto effetti negativi, ma solo un successo limitato. Nonostante ciò, negli anni ’90 sono state condotte altre dozzine di studi clinici con retrovirus e altri vettori, incluso l’adenovirus, una causa del comune raffreddore. Dopo aver selezionato un virus in base a quanto bene potrebbe trasferire i geni nelle cellule, gli scienziati rimuoverebbero tutti i geni virali che potrebbero causare malattie e quindi attaccherebbero i geni “sani” previsti per la consegna.

Nei successivi 10 anni, quasi 4.000 pazienti sono stati trattati in 500 studi, ma praticamente senza successo.

Nel frattempo, Samulski stava cercando altre opzioni vettoriali. In un libro di virologia, ha individuato un virus adeno-associato, o AAV, elencato come un virus che non causa malattie negli esseri umani. “È stato un momento eureka”, ricorda. “Wow, perché non usiamo qualcosa del genere come sistema di consegna?”

Nel 1994, Samulski e il suo primo studente laureato, Xiao Xiao, hanno dimostrato che, oltre a essere meno propensi a causare malattie, i vettori AAV avevano una caratteristica chiave e desiderabile per la terapia genica: quando gli AAV rilasciavano un gene in una cellula, quel gene veniva espresso per tutta la vita dell’animale.

All’inizio, però, nessuno ci credeva. Come potrebbe persistere il loro vettore virale, mentre altri sono durati solo settimane prima di essere distrutti dal sistema immunitario? “Stavamo ricevendo così tanti respingimenti”, dice Samulski. Quando il lavoro è stato finalmente pubblicato nel 1996, molti laboratori hanno iniziato a chiamare e chiedere i vettori.

I risultati iniziali utilizzando i vettori hanno entusiasmato tutti. All’Università della Pennsylvania, Katherine High e colleghi hanno sviluppato una terapia genica basata su AAV per l’emofilia, un disturbo emorragico ereditario che era stato a lungo un bersaglio attraente per la terapia genica perché è causato da un singolo gene malfunzionante. La terapia ha funzionato su un modello di topo, poi su un modello di cane. Era ora di testarlo nelle persone.

Poi, nel 1999, Jesse Gelsinger morì.

Gelsinger era un adolescente arruolato in uno studio di fase 1 sulla sicurezza presso l’Università della Pennsylvania per una terapia genica per il trattamento di una malattia metabolica ereditaria. Il suo disturbo era sotto controllo con dieta e farmaci, ma ha deciso di partecipare per aiutare gli altri con la condizione. Gelsinger è morto per una risposta infiammatoria al vettore dell’adenovirus. La notizia che un trattamento sperimentale aveva ucciso un volontario altrimenti sano ha fatto notizia a livello nazionale e ha avviato un’indagine della Food and Drug Administration su quel processo e altri.

Jesse Gelsinger
La morte nel 1999 di Jesse Gelsinger, un adolescente arruolato in uno studio di terapia genica, e altri fallimenti di alto profilo hanno allontanato molti team di ricerca dalla terapia genica.Wikimedia Commons

Poi, dal 2002 al 2004, cinque dei 20 bambini in uno studio di terapia genica SCID in Europa hanno sviluppato la leucemia. Il vettore virale si era integrato nei loro genomi accanto a un gene cancerogeno. Uno è morto.

“L’intero campo è entrato in un’età oscura da cinque a dieci anni”, afferma Guangping Gao, direttore della terapia genica presso la UMass Chan Medical School di Worcester, Massachusetts. Gao stava studiando i vettori AAV all’UPenn in quel momento, ma non era coinvolto nella sperimentazione clinica. “È passato da un luogo di ipo a nessuna speranza”.

Con così tanti fallimenti di alto profilo, alcuni laboratori hanno chiuso, altri si sono allontanati. Samulski, High e Gao furono tra i pochi che andarono avanti. “Non abbiamo mai interrotto la nostra ricerca”, afferma Gao. “Sono una persona molto testarda, così testarda. Quindi, se decido qualcosa, è difficile per me mollare”.

In Europa, a un team che testava una terapia genica SCID diversa è stato consentito di arruolare un solo paziente alla volta. “Per questo ci sono voluti otto anni per fare i primi 14 pazienti”, afferma Maria Grazia Roncarolo, che ha guidato lo studio mentre era all’Istituto San Raffaele Telethon per la terapia genica di Milano. Attualmente è professoressa di pediatria e medicina presso la Stanford University School of Medicine.

E c’era un gruppo cardine che non ha abbandonato il campo: i genitori dei bambini malati. Senza altre opzioni di trattamento, i genitori sono apparsi negli uffici dei ricercatori, spesso con i loro figli al seguito, chiedendo: “Puoi salvare mio figlio?”

Da un rivolo a un ruggito

I genitori hanno finanziato le fondazioni e quelle fondazioni hanno finanziato gli scienziati. “Hanno tenuto in vita i laboratori che stavano per chiudere o andare dove venivano fatti soldi”, dice Samulski.

Entro il 2010, Gao, il ricercatore di terapia genica James Wilson e colleghi avevano identificato nuovi vettori AAV, gli scienziati sapevano di più su come e dove i vettori virali funzionano nelle cellule e i laboratori hanno registrato il successo nei modelli animali. “Ad un certo punto, non potevi continuare a dire: ‘Non funzionerà'”, afferma Samulski, che nel 2001 ha cofondato AskBio, una società di terapia genica con sede nella Carolina del Nord.

Sulla base di quel promettente lavoro preclinico, i test sull’uomo sono ricominciati. Molti hanno impiegato vettori AAV, sebbene siano stati utilizzati anche altri vettori. Nel 2009, il team di Roncarolo ha pubblicato il suo sforzo di successo per il trattamento della SCID utilizzando un vettore retrovirale senza causare leucemia. “Questo studio ha dimostrato che potrebbe essere sicuro, ma soprattutto ha dimostrato che potrebbe curare i pazienti”, afferma.

Decine di aziende biotecnologiche si sono unite al campo e grandi aziende farmaceutiche hanno finanziato studi clinici. Nel 2013, High e colleghi hanno fondato Spark Therapeutics a Filadelfia e hanno guidato un team con Jean Bennett e Albert Maguire alla Penn Medicine che ha ottenuto la prima approvazione della FDA di una terapia genica AAV, Luxturna, nel dicembre 2017. Sempre nel 2017, la FDA ha approvato due terapie geniche che utilizzano le cellule immunitarie geneticamente modificate di un paziente, chiamate cellule CAR-T, per combattere rari tipi di cancro. Un anno prima, la terapia SCID di Roncarolo, Strimvelis, era stata approvata dalla Commissione Europea.

Alla fine del 2021, c’erano 46 terapie geniche nella fase finale 3 degli studi clinici, inclusa la terapia di High per l’emofilia, una versione iniziale della quale è stata testata per la prima volta sull’uomo 20 anni fa. Nello stesso anno, oltre 1.220 studi clinici di terapia genica miravano ad arruolare 90.000 pazienti in tutto il mondo. La FDA e l’Agenzia europea per i medicinali prevedono che entro il 2025 approveranno ciascuna da 10 a 20 terapie geniche e cellulari – terapie che trapiantano cellule, geneticamente modificate o meno, nel corpo di un paziente come trattamento – entro il 2025.

Ogni risultato sul campo è stato come scalare la vetta di una montagna solo per rendersi conto che si tratta di un altro campo base, dice Samulski. Le montagne attuali includono il tentativo di prevenire una risposta immunitaria tossica che può verificarsi in reazione a grandi dosi di una terapia genica, l’aumento della produzione di vettori e la continua ricerca senza fine di sistemi di rilascio genico più efficaci.

High, ora Presidente di Therapeutics di AskBio, è entusiasta dei nuovi approcci alla terapia genica, comprese le terapie con cellule CAR-T e l’editing genetico con CRISPR/Cas9. Ma spera che i ricercatori possano imparare dal passato: ci vuole tempo e perseveranza per sviluppare una nuova classe di terapie. “La mia eccitazione è sempre mitigata dalla mia conoscenza conquistata a fatica”, dice.

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