Gentherapie für NCL

Gentherapie für NCL als neuer Hoffnungsträger Erwartungen, Realität, Ausblick

Dr. P. Herman van der PuttenForschungsleiter NCL Stiftung, Hamburghttp://www.ncl-stiftung.deherman.vanderputten@ncl-stiftung.dehermanvdp87@gmail.comTel: 0041 61 421 06 37 (Buro Schweiz)Natel: 0049 163 738 3083

NCL-Stiftung

Fortbildung Forschung

Förderung Fundraising

• Ärztliche Fortbildungen• Wiss. Publikationen• Schulprojekte

• Stipendien• NCL-Forschungspreis• Forschungsprojekte

• Neutrale Instanz• NCL-Kongress• Junge Forscher Treffen• Weltweiter Überblick

• Benefiz-Aktionen• Sponsoren• Öffentlichkeitsarbeit

Und wofür stehen wir?Ziele und Strategien der NCL‐StiftungMeine Aufgabe & mein Arbeitsgebiet: Leitung Forschung

• Wissenschaftlich orientiert• Neutral• Objektive Datenbeurteilungen• Objektive Empfehlungen• Konsultieren Forscher & Biotech• Bindeglied Firmen‐Forscher & 

Forscher‐Forscher• Forschungslücken identifizieren• Forschung fördern• International aktiv• Beratung anderer Stiftungen• Setzen Impulse, z.B. organisieren 

Wissenschaftler Treffen 

Intl. NCL Young Investigator Symposium, Hamburg, August 6‐8, 201718 junge Wissenschaftler aus 18 Labors und 7 Ländern (US, CAN, UK, D, Lux, NL, Libanon)

Wie setzt sich die Finanzierung eines Forschungsprojekts zusammen?Es gibt verschiedene Szenarien – z.B. Doktorandenstellen zu 100% oder geteilt

17%

17%

66%

Finanzierung Forschungsprojekt in UK

NCL‐Stiftung

Gruppenleiter

Institut

27.000 EUR gemeinsam mit        NL‐Stiftungen

27.000 EUR 

105.000 EUR

Gentherapie für NCL

Gentherapie für NCL als neuer Hoffnungsträger Erwartungen, Realität, Ausblick

Unser Körper besteht aus ungefähr37200 Milliarden Zellen (3,72.1013)Bianconi et al 2013 Annals Human Biology 40: 463‐471 

• Im Zellkern jeder Zelle befindet sich unsere gesamte Erbsubstanz, 50% von der Mutter, 50% vom Vater, und verpackt in 23 Paar Chromosomen

• Unsere Erbsubstanz (DNA) besteht aus 3.2 Milliarden (3,2 x 109) einzelnen Buchstaben. • Das entspricht einer Gesamtlänge von 3.000 Km• Es gibt nur 4 Buchstaben (A,T,G,C)• Jeweils 3 sind notwendig für jeden Proteinbaustein • Die Reihenfolge dieser Buchstaben ist zu fast 99.8% 

identisch von Mensch zu Mensch

• Die Erbsubstanz enthält leider aber auch Fehler die Proteine und deren Funktion verändern oder sogar ganz kaputt machen, wie z.B. bei NCL Krankheiten.

Unsere Erbsubstanz in ZahlenViele gesunde Menschen tragen potentiell gefährliche Fehler in sich – wissen es aber nicht

Die Erbsubstanz enthält den Bauplan für ~25.000 Gene 

~ 20.000 enthalten den Bauplan für ein Protein; pro Zelle werden ~10.000 solcher Gene gebraucht 

https://genographic.nationalgeographic.com/genetics‐overview/

http://book.bionumbers.org/how‐many‐chromosomes‐are‐found‐in‐different‐organisms/

https://paintingzombies.wordpress.com/tag/human‐genome‐project/

https://www.yourgenome.org/facts/what‐is‐a‐genome

https://beyondbatten.org/research/cln3‐gene/

X X

XX

Vater Mutter

XX

XX

Meistens, wie bei JNCL (CLN3), führen Fehler nur dann zur Erkrankung, wenn Nachkommen zwei kaputte Gene erben

https://beyondbatten.org/research/

Modified from: https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/gene

Modified from: http://www.rdss.org.sg/genetic‐facts/

Bei der Gentherapie wird dem Patienten eine intakte Version des kaputten Gens verabreicht Die Ursache der Krankheit könnte somit behoben werden 

Genfähren

Gentherapie ersetzt meistens nicht das kaputte Gen, sondern fügt meistens eine neue fehlerfreie Kopie des Gens dazu  

https://friedreichsataxianews.com/2016/08/04/agilis‐announces‐fda‐orphan‐drug‐designation‐for‐friedreichs‐ataxia‐gene‐therapy/

https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/gene

https://topclassactions.com/lawsuit‐settlements/lawsuit‐news/301145‐301145/

[Hea

lth]

No symptoms

Death

Slow down

Stop progression

Cure

[Time]

Aggravation

Krankheitsverlauf

Start of therapy

Symptomatic relief

Earlier diagnosis

Unsere Erwartungen bei einer erfolgreichen Gentherapie sind dementsprechend hoch

Frage ist also, was braucht man für eine erfolgreiche Gentherapie ?       Wie realistisch sind unsere Erwartungen ?

Status Gentherapie für NCL

• Gentherapie für NCL hat schon längst die Klinik und den Patienten erreicht  (≥2008 AAV2‐CLN2, rh10AAV‐CLN2)

• Eine Genfähre, die das gesunde CLN6‐Gen trägt, wurde in 2016 in die Rückenmarksflüssigkeit von Patienten verabreicht

• Genfähren für CLN1, CLN2, CLN3 stehen in den Startblöcken für klinische Versuche und es bestehen Pläne für CLN7 und CLN8

• Versuche für CLN5 wurden durchgeführt im CLN5 Schafsmodell

https://www.wired.com/2013/08/the‐fall‐and‐rise‐of‐gene‐therapy‐2/

Für eine Gentherapie braucht man die richtige GenfähreAbsturz und Wiederaufstieg der Gentherapie

• 1999: der verhängnisvolle Fall des 18‐jährigen Jesse Gelsinger in USA

• Die Entdeckung und Entwicklung neuer Genfähren brachte den Wiederaufstieg

AAV ist heute die am häufigsten verwendete GenfähreKlein, in großen Mengen leicht zu produzieren, Varianten für unterschiedliche Zelltypen, nicht pathogen, provoziert keine gefährliche Abwehrreaktion 

(1nm = 0,000000001 Meter)

In großen Mengen, leicht und rein zu produzieren

http://signagen.com/Introduction‐to‐AAV

Was macht eine gute Genfähre ?Wird von Körperzellen aufgenommen und liefert das gesunde Gen im Zellkern ab, dort wo sich unsere Erbsubstanz (DNA) und das kaputte Gen befinden

Das funktionelle Protein

Das kaputte GenDas zusätzliche gesunde Gen

AAV Genfähren haben ihre GrenzenGene, wie z.B. CLN3 und dessen natürlichen Steuerelemente, sind viel zu groß            und haben nicht genügend Platz in den Genfähren 

• Deshalb werden in den Genfähren gesunde Miniversionen eines kaputten Gens eingebaut• Die Steuerelemente eines Gens werden auch ersetzt durch kürzere Steuerelemente 

http://www.cmri.org.au/Research/Research‐Units/Translational‐Vectorology/For‐Researchers

Müssen in großen Mengen und konform strenger Qualitätsrichtlinien produziert werdenWartelisten für solche “GMP” Produktionsverfahren können heute bis zu 24 Monate sein

Eine einzige Injektion ins Nervensystem                         von Affen braucht ~1013  Genfähren pro kg 

1013 = 100.000.000.000.000 Genfähren

Warum braucht man so viele Genfähren pro Patient ?

Das menschliche Gehirn hat etwa 170 Milliarden (170x1012) Zellen

Ungefähr die Hälfte davon sind Nervenzellen.     Der Rest besteht aus Astroglia, Microglia, Oligodendroglia, Endothelzellen

1 Monat                        6 Jahre

DeFelipe 2011 Frontiers in Neuroanatomy 5: 1‐17

Wie werden Genfähren verabreicht ?

Direkt ins Hirngewebe

In die Rückenmarkflüssigkeit

Ins Blut

Ins Auge

Modified from: Saraiva et al 2016 J Control Release 10: 94‐109

Modified from: Saraiva et al 2016 J Control Release 10: 94‐109

Eine der wichtigsten ungeklärten Fragen: Erreichen Genfährengenügend Zellen und die wichtigen Zielzellen im Gehirn ?

Mensch: 1.176 kgMacaque: 110 gMaus: 0.5 g

Hund Mensch MausMensch

Rhesus Affe

Maus

Wie aussagekräftig sind Experimente in der  Maus, in größeren Tiermodellen, und Affen ?

Quantensprung

Pictures modified from: DeFelipe 2011 Frontiers in Neuroanatomy 5: 1‐17

Erfolgserwartungen bei NCL Gentherapie: gibt es Unterschiede ?

• Bei CLN2 Gentherapie müssen nicht zwingend alle Zellen im Gehirn von Genfähren erreicht werden. Austausch des Proteins kann zwischen Zellen untereinander erfolgen.

• Gentherapie Experimente im CLN2 Hundemodell sind vielversprechend

https://www.yourgenome.org/facts/what‐is‐gene‐therapy

Sands and Davidson 2006 Mol Therapy 13: 839‐849

Nucleus

Ein Austausch des Proteins zwischen Zellen untereinander wird nicht funktionieren bei Gentherapie für CLN3, CLN6, CLN7 und CLN8 

Hier sollen und müssen die Genfähren möglichst viele Zellen im Gehirn erreichen

Wahl der Genfähre, Dosierung         und Verabreichungsmethode           werden zum Schlüsselelement

https://beyondbatten.org/research/

Wie z.B. beim Gentherapie‐Plan für CLN3 (Abeona u.a.)

• AAV9‐CLN3 Genfähre geht über die Blut‐Hirnschranke nach intravenöser Verabreichung

• Steuerung ist nicht CLN3 Gen‐eigen 

• Positive Forschungsergebnisse im CLN3 Mausmodell

• Es wurde auch schon gezeigt, dass 1013 AAV9 Genfähren, verabreicht pro kg Körpergewicht in die Rückenmarkflüssigkeit eines Affen, 30% bis über 70% der angezielten Nervenzellen erreichen können (Meyer et al 2015 Mol Therapy 23:477‐487)

• AAV9‐CLN3 Genfähre erreicht viele, aber vielleicht nicht alle relevanten Nervenzelltypen u.a. Zelltypen im Gehirn (Bosch et al 2016 J Neurosci 36:9669‐9682)

From: Saraiva et al 2016 J Control Release 10: 94‐109

Blutgefässe im Gehirn

From: Fotuhi et al 2009 Nat Rev Neurol 5: 649‐658 

Offene Fragen

• Wäre der Ansatz auch in einem größeren CLN3 Tiermodell erfolgreich ?• Reicht es für eine therapeutische Wirkung bei CLN3 Patienten ?• Wann müsste die Therapie am besten erfolgen ?• Wird die genutzte Steuerung zu den erwünschten Mengen des fehlenden Proteins in allen Zelltypen führen, die das Ersatzgen brauchen ?

• Welche Verabreichungsmethode wäre die Beste ?• Würde eine intravenöse Verabreichung auch Herzprobleme beheben ?• Da das verabreichte Gen nicht abgeschaltet werden kann, können etwaige Nebenwirkungen behoben werden ?

• Ist die Behandlung einmalig ? • Kann diese wiederholt werden ?

Ausblick

• Die Gentherapie birgt ein großes Potential

• Begründete Risiken dürfen und sollten nicht ignoriert werden. Zulassungen für klinische Gentherapie‐Versuche basieren im Allgemeinen auf vorhandenen Daten, vor allem von Maus‐Krankheitsmodellen, und anderen Tieren, um die Sicherheit des Patienten hinreichend garantieren zu können

• Zukünftige klinische Versuche sollten auf soliden präklinischen Daten basieren, am besten nicht nur mit Maus‐Krankheitsmodellen, da es ein Quantensprung vom Mausgehirn zum Menschengehirn ist

Ausblick

• Klinische Studien müssen klare und transparente Einschlusskriterien besitzen 

• Krankheitsverläufe können von Patient zu Patient sehr unterschiedlich sein und Erfolg oder Misserfolg einer Therapie bei NCL sind massgeblich abhängig von historisch gesammelten Krankheitsverlaufsdaten, Biomarkern, und soliden klinisch relevanten Messparametern 

• Betroffene Patienten und Angehörige sollten sich gut und ausführlich informieren, wenn die potentielle Teilnahme an einem klinischen Gentherapie‐Versuch zum Thema wird

Danke und für weitere Auskunft stehen wir jederzeit zur Verfügung