Ärftliga näthinnedegenerationer har blivit ett hett ämne, inte minst efter det banbrytande utvecklingsarbetet som lett fram till den första EMA-godkända genterapin inom oftalmologi, Luxturna® (voretigen-neparvovek). Med Luxturna® är det nu möjligt att återställa syncykelns funktion genom att ersätta en defekt gen med en fungerande kopia hos patienter som tidigare var dömda att bli blinda. Vi har träffat en av de svenska ögonpionjärerna inom genterapi, Sten Kjellström, verksamhetschef, på endokrin, hud, reproduktionsmedicin samt ögonsjukvård på Skånes universitetssjukhus, som ser med tillförsikt på framväxten av de nya genterapierna.

Tack vare genterapi kan tidigare nästan blinda patienter få tillbaka syn till den grad att de kan leva ett aktivt liv. Se filmen här →

Den amerikanska professorn i oftalmologi Jean Bennett, är närmast en legend inom oftalmologisk genterapi. Hennes stora drivkraft är att få se patienter, som den här 8-årige pojken på filmen, att gå från att ha vit käpp till att kunna springa runt och leka, sporta och cykla. Även om vi kommit långt har vi ändå bara börjat skrapa på ytan av vad genterapier har för potential att radikalt förändra livet för patienter med olika genetiska defekter.

– De här patienterna kan sitta på en föreläsning och följa en lektion om den skarpaste matten, men klarar inte att ta sig ut från klassrummet, då deras synfält är smalt som ett sugrör. Det är oerhört viktigt att ha förståelse för den här typen av gensjukdom, säger Sten Kjellström.

Vägen till den första godkända genterapin för ärftliga näthinnesjukdomar har varit lång. Konceptet klinisk genterapi presenterades första gången i tidskriften Science år 1972.1 Sjutton år senare kom den första kliniska genterapin, då genmärkta celler överfördes till människa för att spåra autologa tumörinfiltrerande celler från patienter med malignt melanom.2 År 2012 var det dags för Glybera® (alipogene tiparvovec), som var det första EMA-godkända genterapipreparatet vid lipoproteinlipasbrist.3 2016 kom den första FDA-godkända genterapin för behandling av akut lymfatisk leukemi och 2018 godkändes Luxturna® (voertigen neparvovek), indikerat för behandling av vuxna och barn med synnedsättning orsakad av ärftliga näthinnesjukdomar på grund av mutationer i RPE65-genen.4 Den första genterapin för en ärftlig ögonsjukdom var därmed ett faktum. 

Vägen till en godkänd oftalmologisk genterapi har varit lång. © Sten Kjellström.

Resultat som skapar rysningar

De resultat som nya oftalmologiska genterapier uppvisar för tankarna till L-Dopas effekt på patienter med encefalits lethargica, beskriven av Oliwer Sacks i boken Awakenings från 1973. 

– Jag deltog på ARVO (Association for Research in Vision and Ophthalmology) i USA 2018, en världskongress som det året samlade 10 600 deltagare, där Jean Bennett presenterade ett filmcase före och efter behandling med genterapi för en ärftlig ögonsjukdom.5 Hela publiken ställde sig upp och applåderade, det händer väldigt sällan på vetenskapliga möten att deltagarna har ett sådant emotionellt engagemang. Jag brukar visa intervjun med Jean Bennett, som berättar om pojken för alla ST-läkare i Sverige när jag föreläser om genterapi. Det är verkligen så att man får rysningar och det är helt tyst i församlingen då, säger Sten Kjellström.

 
Sten Kjellström berättar om den knockout-mus han var med och skapade för XLRS.

Sten Kjellström kan betraktas som något av en pionjär inom oftalmologisk genterapi i Sverige. År 2003 åkte han till USA för att arbeta med genforskning inom oftalmologi, där han var med och skapade en musmodell (knockout-mus) för gendefekten XLRS (X-Linked Retionoschisis) som är en könsbunden sjukdom som orsakar en skiktbildning i pojkars ögon. Efter flera års pendling över Atlanten disputerade han i ämnet år 2010 och sex år senare startades de första kliniska försöken upp. 

– Det fantastiska var att se den här utvecklingen gå från att se patienterna, skapa en genmodell för detta och sedan gå till kliniken med det. Men min lärdom är att det som tar en minut att berätta tog 20 år att förverkliga, säger Sten Kjellström.

Syncykeln innebär konsumtion och regenerering av 11-cis-retinal, ett derivat av vitamin A. Ett enzym som är involverat i regenereringen av 11-cis-retinal är all-trans-retinol isomeras RPE65, ett protein som finns i näthinnans pigmentepitelceller. RPE65 konverterar all-trans-retinol till 11-cis-retionol, som sedan bildar 11-cis-retinal under syncykeln.

Utvecklingen av Luxturna beskrivs som ”blueprint” för framtida genterapiutveckling6

RPE65-genen är en av över 300 gener som kan ge upphov till ärftliga ögonsjukdomar. RPE65-enzymet behövs för vitamin A-metabolismen i fotoreceptorcellerna och är en viktig del av syncykeln. Mutationer i RPE65-genen leder till nedsatt eller obefintlig aktivitet av RPE65-enzymet, varpå syncykeln blockeras. På sikt leder gendefekten till synförlust och degenerering av fotoreceptorerna. 

Briard-hunden

Helt centralt för utveckling av nya genterapier är en fundamental förståelse för genen och patogenesen. Utvecklingen som ledde fram till Luxturna® började redan 1989 med att Kristina Narfström, Anders Wrigstad och Sven-Erik Nilsson introducerade Briard-hunden. I sin artikel kunde de presentera den första försöksmodellen för kongenital stationär nattblindhet.7 Briard-hunden kom att få en nyckelroll i utvecklingen av Luxturna®. Bara något år senare upptäckte Dryja et al en koppling mellan en mutation av rhodopsingenen och autosomal dominant retinitis pigmentosa. Denna upptäckt av den första ögongenen, tillsammans med Briard-hunden som försöksmodell, möjliggjorde fortsatt forskning och blev det faktiska startskottet för utvecklingen av den första godkända genterapin mot ärftliga näthinnedegenerationer.8

Lämplig vektor

Ett annat viktigt steg i utvecklingen av Luxturna® var valet av en lämplig vektor. För att den subretinala injektionen ska levereras till rätt ställe i rätt dos krävs att den förpackas i en vektor, som kan liknas vid ett kuvert med rätt innehåll till en specifik adress. Bland en handfull tillgängliga vektorer föll valet på Adeno-associated virus, AAV, eftersom den har tillräckligt hög kapacitet och en låg immunogenicitet. 

– Kapaciteten innebär hur mycket som får plats i kuvertet. Man skalar bort allting som man inte vill ha på virusvektorn. Ett virus är ju ingen intelligent varelse, det vill i princip bara föröka sig. Det vi tar bort är möjligheten att föröka sig. Därför stoppar vi in EN virusvektor i ögat. Den kommer aldrig bli två, tio eller tjugo, förklarar Sten Kjellström.

Vektorn för administrering av Luxturna® måste ha tillräckligt hög kapacitet och låg immunogenicitet.


Val av injektionsteknik

När väl en lämplig vektor var vald kom frågan vilken injektionsteknik som man skulle välja. Inledningsvis gjordes försök att ge Luxturna® intravitrealt, vilket misslyckades p.g.a. utspädningseffekten i glaskroppen, vilket hade krävt alltför höga doser för optimal dosering. Därför föll valet på en subretinal behandling, där det läggs en s.k. bleb precis bredvid cellerna där man vill få effekt. Den kirurgiska tekniken fanns redan, men har utvecklats vidare, parallellt med utvecklingen av Luxturna®. Efter en fas I-doseskaleringsstudie år 2010 fastställdes doseringen till den högsta testade, 1,5x1011 vg, då det visade sig vara en säker dos. Samma dos utvärderades senare i en fas III-studie.9

Subretinal injektionsbehandling

Utveckling av nytt effektmått

Vid sidan av läkemedelsutvecklingen krävdes framtagning av ett helt nytt primärt effektmått. Multi-Luminance Mobility Test, MLMT. Det består av en hinderbana som patienten ska navigera igenom vid olika nivåer av belysning. Efter 40 minuters mörkeradaption ska patienten ta sig från start till mål i hinderbanan med en av sju möjliga ljusnivåer, från 1 till 400 lux. Patienten bedöms sedan enligt de fyra parametrarna: träffade hinder, avvikelser från banan, passerade pilar och tid. 

 
MLMT-testet genomförs vid olika belysningsnivåer.

Belysningsnivåerna är valda för att motsvara olika ljusnivåer som patienterna möter i sin vardag. 400 lux kan jämföras med en strålkastarupplyst studio, 250 lux är ett väl upplyst kontor och 1 lux är en dåligt upplyst trottoar om natten. Under studien filmades testningen och filmerna genomgick sedan en blindad bedömning, där patienterna antingen godkändes eller inte, för specifika ljusnivåer. För godkänt skulle patienten genomföra banan inom 180 sekunder utan att misslyckas med mer än tre hinder.10

 


– Vi har väldigt trubbiga verktyg inom oftalmologin, det som vi oftast mäter på ögonkliniken är synskärpan men den säger väldigt lite om de synförbättringar man kan uppnå med Luxturna®. MLMT är ett bra mått, då det är real life, som vi trycker mycket på. Däremot är det en ganska dyr och bökig metod. Men vi har likväl kämpat mycket för att få den hit till Lund, säger Sten Kjellström.

Som alternativ till MLMT-testet har Sten och hans kollegor i Frankrike börjat utforska möjligheterna att göra ett MLMT-test med hjälp av VR-teknik.

– Det skulle vara perfekt för detta ändamål. Där kan man justera ljusstyrkan direkt i glasögonen. För mig så säger testet, om det är VR eller MLMT, direkt om patienten kan klara det dagliga livet eller ej, förklarar Sten Kjellström.

Den meningsfulla hälsoaspekt som synliggörs av mobilitetstestet är ledsynen, d.v.s. patientens förmåga att använda synen för att orientera sig i sin omgivning. Synfältet, synskärpan samt förmågan att se eller förnimma i svagt ljus och mörker är nedsatt hos patienter med retinal dystrofi associerad till mutation i RPE65-genen, vilket begränsar ledsynen. Denna begränsning representerar en mycket viktig klinisk aspekt av sjukdomen och påverkar patienternas livskvalitet negativt i form av svårigheter att utföra flera vardagliga aktiviteter. En behandling som förbättrar, eller förhindrar försämring, av ledsynen kan innebära att patienterna kan utföra fler vardagliga aktiviteter och vara mindre beroende av hjälpmedel som vit käpp och ledsagare.8

Behandling med genterapi kan vara skillnaden mellan att kunna klara sig i ett parkeringsgarage nattetid eller i skymning, eller att vara helt blind. Det är denna nivå man kommer till med de nya genterapierna.

Framtiden

I framtiden finns flera tänkbara vägar att gå för att förbättra genterapierna. Ett sätt är gene augmentation therapy likt Luxturna®, som kan användas för att behandla genetiska sjukdomar som är orsakade av en mutation som hindrar en gen från att producera ett fungerande protein. Man kan då tillföra DNA som innehåller en fungerande version av den defekta genen in i cellkärnan. Den nya genen producerar då ett fungerande protein i tillräcklig utsträckning för att ersätta det skadade proteinet.11

Dagens genterapi fungerar normalt bara på monogena sjukdomar, som i princip måste vara nollmutationer

– Nästa steg är att skicka in den nya genen och slå ut de andra generna, tysta dem om de stör, förklarar Sten Kjellström.

Gene editing, RNA Transcript Editing

En annan framtida möjlighet är gene editing, där man rättar till ett felaktigt protein genom att ändra genmutationen. En sådan teknik är den nyligen nobelprisbelönta gensaxen CRISPR-Cas9. Gensaxen består i grunden av två delar, en instruktion om var i DNA-spiralen som klippet ska ske samt ett enzym, Cas9, som gör själva klippet i genen. Organismen reparerar själv DNA-spiralen, och om man samtidigt för in DNA som kan stödja reparationen går det att korrigera genen och på så vis bota genetiska sjukdomar. I stället för att ändra i DNA-molekylen kan man trycka ner genuttrycket med hjälp av RNA. Ett exempel på en sådan teknik är s.k. ”RNA silencing” där man släcker ut eller trycker ned patogena mutationer med hjälp av olika RNA-molekyler (siRNA, shRNA). Dessa behandlingsmetoder är reversibla och måste upprepas likt dagens anti-VEGF-behandling.

– Det finns givetvis nackdelar med genterapi, att det är för evigt och därmed finns risk för mutation, men där är RNA lindrigare. Kunde man få RNA som man droppar en gång var tredje månad, hade det varit önskvärt. Jag ser alla dessa tekniker som ett smörgåsbord där man plockar en teknik för just den sjukdomen, säger Sten Kjellström.

Nanopartiklar

En framtida utveckling av den virala vektortekniken kan tänkas vara nanopartiklar för att administrera genterapier. Nanopartiklar har fördelar gentemot de virala vektorerna som t.ex. lägre immunrespons och möjligheten att målriktas till specifika platser med låg cytotoxicitet. Dessutom har de potential till större lagringskapacitet än de virala vektorerna. Än så länge har dock tekniken med nanopartiklar visat lägre transduktion (överföring) än AAV-vektorerna.12

– Det är ingen patient som gillar att få nålar i ögonen, så om vi skulle kunna få in en lipsom, kanske en målsökande sådan, i ögonen så vore det klart att föredra, säger Sten Kjellström.

Optogenetisk terapi

En annan typ av gen-oberoende behandling är optogenetisk terapi. Målet med denna är att återställa synfunktionen till följd av förlust av t.ex. fotoreceptorceller, där man tillför ljuskänsliga proteiner till inre retinala celler såsom ganglieceller eller bipolärceller. 

– Detta är jättespännande! När en patient har kommit till ett stadie där det inte finns någon ljusperception kvar, alltså inga fotoreceptorer, finns det fortfarande ändå celler i ögat. Genom att sätta en ljuskänslig jonkanal, t.ex. en typ av rhodopsinmolekyl, kan man få bipolärceller eller ganglieceller att börja signalera igen. På så vis kan man få dessa celler att uttrycka fotokänsliga receptorer och hux flux skapa en fotoreceptor av en vanlig cell, säger Sten Kjellström.


Genom att sätta in ljuskänsliga jonkanaler kan man i förlängningen skapa en fotoreceptor av en vanlig cell.

Resultatet av optogenetiska behandlingar går idag att mäta med hjälp av elektroretinografi, ERG. Det man då mäter är den elektriska potentialen som en ljusstimulans skapar i näthinnans receptorer, en teknik som Sten Kjellström och hans kollegor i Lund arbetat mycket med att utveckla vidare.

–  Det är väldigt fascinerande. Vi kan mäta olika skikt i ögat; först fotoreceptorerna, sedan bipolärcellerna och gangliecellerna. Till detta kan vi genomföra ett VEP-test (Visual Evoked Potential) med blinkande mönster som hjälper oss att se vilka celler som fungerar, förklarar Sten Kjellström.

Med hjälp av ett VEP-test kan man se vilka celler som fungerar och vilka som inte gör det. © Sten Kjellström.

Utmaningar med oftalmologiska genterapier

En utmaning vid nya genterapier är att prognosticera vilka patienter som kommer att bli hjälpta av dem. Patienter som ska kunna vara aktuella för behandling kan t.ex. behöva ha kvarvarande ljusperception. Selektionen görs sedan av flera experter och i framtiden kan även AI spela en viktig roll.

– Först så var jag nog lite tveksam att behandla patienter som har så lite fotoreceptorer kvar. Men real life data ser så positiv ut, så jag är inte tveksam längre, säger Sten Kjellström.

För ett rationellt omhändertagande av genterapipatienter med ärftliga ögonsjukdomar menar Sten Kjellström att kompetensen bör centraliseras till några få platser i landet. Det handlar inte främst om kompetensen att injicera subretinalt, utan förberedelsearbetet och uppföljningen av patienterna. 

– Jag har goda erfarenheter av att arbeta i team med t.ex. genetiker och barnläkare för att selektera patienter och ställa diagnos. Min förhoppning är att detta synsätt med att samarbeta i team kommer i större skala, där man även behandlar andra hereditära ögonsjukdomar, säger Sten Kjellström.

Slutligen är en av de allra viktigaste frågeställningarna för nya genterapier den om långtidseffekter. Samhället vill gärna ha garantier på långsiktiga effekter för att vara villiga att betala för kostsamma behandlingar. 

– Jag tror på att oftalmologiska genterapier har en långvarig effekt. Men även om patienterna i teorin bara skulle få en förbättrad ledsyn i 5–10 år, så menar jag ändå att det är värt att behandla. Givetvis ska man inte stå och säga att man vet att det håller i 100 år, men jag ser ingen anledning till att den sortens genterapier skulle sluta fungera vid ett bestämt klockslag, avslutar Sten Kjellström. 

Sten Kjellström
Referenser
  1. Friedmann T, Roblin R. Gene Therapy for Human Genetic Disease? Science. 175;4025:949-55. doi: 10.1126/science.175.4025.949.
  2. Rosenberg SA, Aebersold P, Cornetta K, Kasid A, Morgan RA, Moen R, et al. Gene Transfer into Humans — Immunotherapy of Patients with Advanced Melanoma, Using Tumor-Infiltrating Lymphocytes Modified by Retroviral Gene Transduction. N Engl J Med. 1990;323:570–8.
  3. European Medicines Agency. European Medicines Agency recommends first gene therapy for approval. [Internet] 20 Jul 2012. Available at: https://www.ema.europa.eu/en/news/european-medicines-agency-recommends-f....
  4. European Medicines Agency. Luxturna. [Internet] https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/luxturna.
  5. Maguire AM, Simonelli F, Pierce E et al. N Engl J Med. 2008 May 22; 358(21): 2240–2248.
  6. Ku CA, Pennesi ME. The new landscape of retinal gene therapy. Am J Med Genet. 2020;184C:846-59. doi: 10.1002/ajmg.c.31842.
  7. Narfström K, Wrigstad A, Nilsson SE. The Briard dog: a new animal model of congenital stationary night blindness. Br J Ophthalmol. 1989 Sep;73(9):750-6. doi: 10.1136/bjo.73.9.750.
  8. Dryja TP, McGee TL, Reichel E, Hahn LB, Cowley GS, Yandell DW, et al. A point mutation of the rhodopsin gene in one form of retinitis pigmentosa. Nature. 1990 Jan 25;343(6256):364-6. doi: 10.1038/343364a0.
  9. Maguire AM, High KA, Auricchio A, Wright JF, Pierce EA, Testa F, et al. Age-dependent effects of RPE65 gene therapy for Leber's congenital amaurosis: a phase 1 dose-escalation trial. Lancet. 2009 Nov 7;374(9701):1597-605. doi: 10.1016/S0140-6736(09)61836-5.
  10. Chung DC, McCague S, Yu ZF, Thill S, DiStefano-Pappas J, Bennet J. Novel Mobility test to assess functional vision in patients with inherited retinal dystrophies. Clin Exp Ophthalmol. 2018 Apr;46(3):247-59. doi: 10.1111/ceo.13022.
  11. Yourgenome.org. What is gene therapy? [Internet] Available at: https://www.yourgenome.org/facts/what-is-gene-therapy.
  12. Riley MK, Vermerris W. Recent Advances in Nanomaterials for Gene Delivery – A Review. Nanomaterials (Basel). 2017 May;7(5):94. doi: 10.3390/nano7050094.
SE2101266620 (26 januari 2021)
×

Medical Information Request

×

Ask Speakers