Terapia genica per atrofia muscolare spinale con distress respiratorio di tipo 1


    In questo lavoro abbiamo sostituito il gene difettivo IGHMBP2 con il gene non mutato attraverso l’iniezione sistemica di un vettore adeno-associato (AAV) nel modello murino di SMARD1, ottenendo il miglioramento delle funzioni motorie, della fisiologia neuromuscolare, delle caratteristiche patologiche ed un notevole aumento della sopravvivenza.

    L’atrofia muscolare spinale con distress respiratorio di tipo 1 (SMARD1), è una malattia genetica fatale infantile che coinvolge i motoneuroni e per la quale non esiste terapia efficace.

    La SMARD1 è la più frequente forma di atrofia muscolare spinale dopo l’atrofia muscolare spinale legata al cromosoma 5q (SMA) ed è caratterizzata nei primi anni di vita da un distress respiratorio, con un’iniziale debolezza muscolare distale che si estende successivamente a tutto il corpo, causando una morte prematura per paralisi respiratoria. Questa patologia è causata da mutazioni nel gene che codifica per l’immunoglobulina μ binding protein (IGHMBP2), causandone la perdita della funzione.

    Nonostante non sia noto come la diminuzione della proteina IGHMBP2 causi una degenerazione selettiva dei motoneuroni e il fenotipo patologico, la terapia genica rappresenta una potenziale strategia terapeutica, poiché fornisce il gene funzionali agendo così direttamente sulla causa della malattia. Il principale ostacolo da affrontare per poter utilizzare la terapia genica per tutte le malattie neurologiche come la SMARD1, è come veicolare il gene funzionale nel sistema nervoso centrale (SNC) efficacemente e senza una procedura invasiva. Il virus adeno-associato di tipo 9 (AAV9), un sierotipo isolato recentemente, mostra un particolare tropismo per i motoneuroni ed è in grado di raggiungere il SNC dopo una semplice somministrazione sistemica nel flusso sanguigno, rappresentando un veicolo perfetto per superare questo problema. Nel nostro studio abbiamo dimostrato l’efficienza dell’induzione dell’espressione del gene funzionale IGHMBP2 veicolato dall’AAV9, una strategia che potrebbe rappresentare un nuovo ed efficace approccio terapeutico per la SMARD1 (Figura 1).

    Figura 1 La terapia genica è una potenziale strategia terapeutica curativa per l’atrofia muscolare spinale con distress respiratorio di tipo 1 (SMARD1)Figura 1 La terapia genica è una potenziale strategia terapeutica curativa per l’atrofia muscolare spinale con distress respiratorio di tipo 1 (SMARD1), malattia genetica neurodegenerativa infantile. Il gene funzionale IGHMBP2, di solito mutato e non funzionale nella patologia, può essere veicolato nel sistema nervoso centrale con un singola iniezione sistemica in un modello murino di SMARD1, sfruttando le capacità del vettore virale adeno-associato 9 (AAV9).

     

    Il metodo da noi utilizzato è risultato il più efficace descritto fino ad oggi nel recupero del fenotipo del modello murino affetto da SMARD1: il miglioramento fenotipico è stato valutato rispetto alla funzionalità muscolare, alla fisiologia neuromuscolare e alla sopravvivenza dopo una singola iniezione di AAV9-IGHMBP2. Il vettore AAV9 codificante il gene funzionale IGHMBP2 umano è stato somministrato sistemicamente, sfruttando la capacità del vettore di superare la barriera emato-encefalica e raggiungere efficacemente il SNC (Figura 2). I risultati sono stati ottenuti nel modello murino nmd, che riproduce molteplici caratteristiche patologiche della SMARD1 umana.

    Attraverso la somministrazione sistemica abbiamo avuto la possibilità di trattare sia i motoneuroni, sia altri organi di tipo non neuronale, come i muscoli ed il cuore, anch’essi coinvolti nella patogenesi della SMARD1 e organi target per il trattamento di per questa malattia. In questo studio abbiamo osservato che ricostituendo i livelli di IGHMBP2 nel SNC e negli organi sistemici si ottiene un miglioramento delle manifestazioni patologiche in questi organi. Ancor più rilevante è il fatto di aver ottenuto un aumento della sopravvivenza mai riportato per il modello animale nmd (aumento della sopravvivenza 450%); si è anche osservato che il fenotipo di alcuni topi nmd trattati aveva subito un miglioramento tale da renderli pressoché indistinguibili dai controlli.

    In aggiunta abbiamo valutato gli effetti della terapia genica nel contesto della malattia umana, usando motoneuroni derivanti da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) di pazienti SMARD1. Abbiamo osservato un miglioramento del fenotipo dei motoneuroni derivanti da iPSC SMARD1 in coltura dopo la correzione genica. Il miglioramento della sopravvivenza cellulare, l’estensione degli assoni e la formazione del cono di crescita confermano che il trasferimento del gene IGHMBP2 funzionale protegge i motoneuroni dalla degenerazione.

    Figura 2 I ricercatori dell’Università degli Studi di Milano hanno dimostrato il recupero del fenotipo SMARD1 utilizzando il modello animale di questa patologiaFigura 2 I ricercatori dell’Università degli Studi di Milano hanno dimostrato il recupero del fenotipo SMARD1 utilizzando il modello animale di questa patologia. La strategia terapeutica si basa sull’iniezione sistemica di un vettore AAV9 codificante per la proteina IGHMBP2 funzionale con lo scopo di sostituire il gene malato. L’iniezione sistemica nei modelli animali SMARD1 di AAV9-GFP risulta nell’espressione della proteina GFP (verde) nel midollo spinale. Le cellule trasdotte esprimono la GFP indicando una trasduzione efficiente del Sistema Nervoso Centrale.

    I dati ottenuti confermano la fattibilità e l’efficienza di questa nuova strategia terapeutica basata sull’utilizzo del vettore AAV9 e la possibile traslazione in clinica non solo per il trattamento della SMARD1, ma anche di altre patologie genetiche che coinvolgono i motoneuroni.

    Infatti lo stesso approccio può essere utilizzato in trial clinici sull’uomo. Per la traslazione in clinica è particolarmente importante ottenere la diffusione del gene sia nel cervello che nel midollo spinale attraverso un metodo poco invasivo, evitando l’iniezione diretta nel SNC.

    Il recente inizio di un trial clinico di fase 1 per valutare la sicurezza e l’efficacia della terapia genica basata sull’utilizzo del vettore AAV9 in un’altra malattia simile alla SMARD1, l’atrofia spinale muscolare di tipo 1 (SMA1), rende più concreta la realizzazione di un trial clinico basato sulla terapia genica per la SMARD1.

    Questi dati sono stati pubblicati il 13/3 sulla rivista Science Advances. L’articolo è disponibile all’indirizzo: 10.1126/sciadv.1500078. la Dott.ssa Monica Nizzardo è il primo autore dell’articolo. Questa ricerca è stata condotta nel laboratorio di Cellule staminali neurali, diretti dalla Prof. Stefania Corti, presso il Centro Dino Ferrari, Università degli Studi di Milano, IRCCS Fondazione Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico.

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