ยีนบำบัดเอาชนะความล้มเหลวที่มีรายละเอียดสูงได้อย่างไร

ช่วงเวลาที่มืดมนไม่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตกรางเพื่อช่วยเหลือผู้ป่วย

Richard Jude Samulski ผู้บุกเบิกการบำบัดด้วยยีน

จำได้เมื่อเขาหลีกเลี่ยงคำว่า “ยีนบำบัด” ในช่วงกลางทศวรรษ 2000 เขาบอกกับผู้คนว่าเขาทำงานเกี่ยวกับ “อนุภาคนาโนชีวภาพ” แม้กระทั่งพยายามสร้างเครื่องหมายการค้าคำนั้น Samulski ศาสตราจารย์ด้านเภสัชวิทยาจาก University of North Carolina ที่ Chapel Hill เล่าว่า “เรารู้สึกว่านั่นเป็นการปลอมตัวที่เราจะต้องสวมเพื่อก้าวไปข้างหน้า

การเสียชีวิตของวัยรุ่นในการทดลองทางคลินิกด้วยยีนบำบัดในปี 2542 และกรณีของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวในการทดลองไม่นานหลังจากที่เกือบหมดสนาม ซึ่งพยายามรักษาโรคที่รากด้วยการเปลี่ยนหรือต่อต้านยีนที่ทำงานผิดปกติ มีการสอบสวนของรัฐบาลกลาง การตัดเงินทุน และความสนใจของสื่อเชิงลบมากมาย ทว่านักวิจัยจำนวนหนึ่งไม่เคยหยุดทำงาน บางครั้งเพราะความดื้อรั้น และบางครั้งเพราะพวกเขาไม่สามารถปฏิเสธพ่อแม่ที่สิ้นหวังได้ “ทุกคนปรับตัวเพื่อทำสิ่งที่จำเป็นเพื่อก้าวต่อไป” ซามัลสกี้กล่าว

เรื่องราวของยีนบำบัดจบลงอย่างมีความสุข วันนี้Alliance for Regenerative Medicineแสดงรายการยีนบำบัดที่มีอยู่ 9 รายการทั่วโลก ซึ่งได้รับการอนุมัติจากหน่วยงานกำกับดูแลที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล และอีกกว่า 200 รายการในการทดลองทางคลินิกขั้นสูง ฟิลด์นี้ดึงดูดเงินทุนหลายพันล้านดอลลาร์ในแต่ละปี แต่อดีตอันวุ่นวายนี้เตือนเราว่านวัตกรรมทางการแพทย์แทบจะดำเนินไปอย่างไม่ราบรื่น

ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้นเมื่อครึ่งศตวรรษก่อนด้วยการค้นพบมีดระดับโมเลกุลและไวรัสที่ซุ่มซ่อนอยู่ในเซลล์ของลิง

เวกเตอร์และความพ่ายแพ้

ในปี 1960 นักวิจัยระบุโปรตีนในแบคทีเรียที่ทำงานเหมือนมีดเคมีเพื่อตัด DNA เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย “เอ็นไซม์จำกัด” เหล่านี้เพิ่มความเป็นไปได้อันน่าทึ่งที่นักวิทยาศาสตร์จะแยกดีเอ็นเอออกจากกันและประกอบกลับเข้าด้วยกัน จากนั้นในปี 1970 ไวรัสที่เรียกว่า SV40 ซึ่งแยกได้จากเซลล์ไตของลิงพิสูจน์แล้วว่าสามารถส่งสารพันธุกรรมไปยังเซลล์เป้าหมายได้

การค้นพบร่วมกันชี้ให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะใช้เวกเตอร์ไวรัสเช่นรถบรรทุก FedEx โมเลกุลเพื่อส่ง DNA ใหม่เข้าไปในเซลล์เพื่อต่อต้านหรือแทนที่ DNA ที่ชำรุด น่าเสียดายที่ SV40 พิสูจน์แล้วว่าไม่น่าเชื่อถือและเสี่ยงเกินไปสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ มีแนวโน้มที่จะแทรกชิ้นส่วนของ DNA ในตำแหน่งที่อาจทำให้เซลล์กลายเป็นมะเร็งได้ ดังนั้นการไล่ล่าหลายทศวรรษเพื่อหาเวกเตอร์ใหม่ที่ดีกว่าจึงเริ่มต้นขึ้น 

การทดลองด้วยยีนบำบัดเบื้องต้นสองครั้งที่ดำเนินการในสหรัฐอเมริกาในปี 1989 และ 1990 ใช้ไวรัส retroviruses ที่ดัดแปลงแล้ว ซึ่งเป็นไวรัสชนิดหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนยีนที่เข้ารหัส RNA ให้เป็น DNA เมื่ออยู่ภายในเซลล์ การรักษาทั้งสองแบบ — แบบ หนึ่งสำหรับมะเร็งผิวหนัง อีกวิธีหนึ่งสำหรับ โรคภูมิต้านตนเองที่สืบทอดมา ซึ่ง เรียกว่าภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องแบบรวมอย่างรุนแรง หรือ SCID — ไม่มีผลร้ายใดๆ แต่มีเพียงความสำเร็จที่จำกัด อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้ มีการทดลองทางคลินิกอีกหลายสิบครั้งตลอดช่วงทศวรรษ 1990 ด้วยไวรัส retroviruses และพาหะอื่น ๆ รวมถึง adenovirus ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคไข้หวัด หลังจากเลือกไวรัสโดยพิจารณาจากความสามารถในการถ่ายทอดยีนไปยังเซลล์ได้ดีเพียงใด นักวิทยาศาสตร์จะกำจัดยีนของไวรัสที่อาจก่อให้เกิดโรคออกไป แล้วจึงจับยีนที่ “แข็งแรง” ที่ถูกกำหนดไว้สำหรับการคลอด

ในอีก 10 ปีข้างหน้า ผู้ป่วยเกือบ 4,000 คนได้รับการรักษาในการทดลอง 500 ครั้ง แต่แทบไม่ประสบผลสำเร็จเลย

ในขณะเดียวกัน Samulski ก็ได้ค้นหาตัวเลือกเวกเตอร์อื่นๆ ในหนังสือเกี่ยวกับไวรัสวิทยา เขาพบไวรัสที่เกี่ยวข้องกับอะดีโนหรือ AAV ซึ่งระบุว่าเป็นไวรัสที่ไม่ก่อให้เกิดโรคในมนุษย์ “มันเป็นช่วงเวลาที่ยูเรก้า” เขาจำได้ “ว้าว ทำไมเราไม่ใช้ของแบบนี้เป็นระบบส่งของล่ะ”

ภายในปี 1994 Samulski และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาคนแรกของเขา Xiao Xiao แสดงให้เห็นว่านอกจากจะมีโอกาสน้อยที่จะทำให้เกิดโรคแล้ว AAV vectors ยังมีคุณสมบัติที่สำคัญและเป็นที่ต้องการสำหรับการบำบัดด้วยยีน: เมื่อ AAVs ส่งยีนเข้าไปในเซลล์ ยีนนั้นก็แสดงออก ตลอดชีวิตของสัตว์

อย่างไรก็ตาม ในตอนแรกไม่มีใครเชื่อพวกเขา ไวรัสเวคเตอร์ของพวกมันจะคงอยู่ได้อย่างไร ในขณะที่ตัวอื่นๆ กินเวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ก่อนที่จะถูกทำลายโดยระบบภูมิคุ้มกัน “เราได้รับการตอบสนองอย่างมาก” ซามัลสกี้กล่าว เมื่อผลงานได้รับการตีพิมพ์ในที่สุดในปี พ.ศ. 2539แล็บหลายแห่งเริ่มโทรและถามหาเวกเตอร์

ผลลัพธ์เบื้องต้นโดยใช้เวกเตอร์ทำให้ทุกคนตื่นเต้น ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย Katherine High และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนายีนบำบัดที่ใช้ AAV สำหรับโรคฮีโมฟีเลียซึ่งเป็นโรคเลือดออกที่สืบทอดมาซึ่งเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการบำบัดด้วยยีนมานานแล้วเนื่องจากเกิดจากยีนที่ทำงานผิดปกติเพียงตัวเดียว การบำบัดทำงานในรูปแบบเมาส์ จากนั้น ใน แบบจำลองสุนัข ถึงเวลาทดสอบกับผู้คนแล้ว

จากนั้นในปี 1999 เจสซี่ เกลซิงเกอร์ก็เสียชีวิต

Gelsinger เป็นวัยรุ่นที่ลงทะเบียนในการทดลองความปลอดภัยระยะที่ 1 ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียเพื่อรับการบำบัดด้วยยีนเพื่อรักษาโรคเมตาบอลิซึมที่สืบทอดมา ความผิดปกติของเขาอยู่ภายใต้การควบคุมด้วยอาหารและยา แต่เขาเลือกที่จะมีส่วนร่วมเพื่อช่วยเหลือผู้อื่นในภาวะนี้ เกลซิงเกอร์เสียชีวิตจากการตอบสนองต่อการอักเสบของเวกเตอร์อะดีโนไวรัส ข่าวที่ว่าการทดลองรักษาได้คร่าชีวิตอาสาสมัครที่มีสุขภาพดีเป็นข่าวพาดหัวข่าวระดับประเทศและเริ่มการสอบสวนของสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาในการทดลองนั้นและอื่นๆ

จากนั้นระหว่างปี 2545 ถึง 2547 เด็ก5 ใน 20 คน ใน การทดลองยีนบำบัด SCID ในยุโรปได้พัฒนามะเร็งเม็ดเลือดขาว ไวรัสเวกเตอร์ได้รวมเข้ากับจีโนมของพวกมันถัดจากยีนที่ก่อให้เกิดมะเร็ง หนึ่งเสียชีวิต

Guangping Gao ผู้อำนวยการด้านยีนบำบัดที่โรงเรียนแพทย์ UMass Chan ในเมือง Worcester รัฐ Mass Gao กล่าวว่า “ทั้งสนามเข้าสู่ยุคมืด 5-10 ปี” กำลังศึกษาพาหะ AAV ที่ UPenn ในขณะนั้น แต่ไม่ได้เกี่ยวข้อง ในการทดลองทางคลินิก “มันเปลี่ยนจากที่โฆษณากลายเป็นไม่มีความหวังเลย”

ด้วยความล้มเหลวที่มีรายละเอียดสูงมากมาย ห้องแล็บบางแห่งปิดตัวลง บางแห่งก็หันเหออกไป Samulski, High และ Gao เป็นหนึ่งในไม่กี่คนที่ดำเนินการต่อไป “เราไม่เคยหยุดการวิจัยของเรา” Gao กล่าว “ฉันเป็นคนหัวดื้อ ดื้อรั้นมาก ดังนั้นหากฉันตัดสินใจบางอย่าง มันยากสำหรับฉันที่จะยอมแพ้”

ในยุโรป ทีมที่ทำการทดสอบยีนบำบัด SCID ที่แตกต่างกันได้รับอนุญาตให้ลงทะเบียนผู้ป่วยได้ครั้งละหนึ่งราย Maria Grazia Roncarolo ซึ่งเป็นผู้นำการทดลองในขณะที่อยู่ที่สถาบันบำบัดยีนบำบัด San Raffaele Telethon ในเมืองมิลานกล่าวว่า “เราใช้เวลาแปดปีในการทำผู้ป่วย 14 คนแรกด้วยเหตุนั้น ปัจจุบันเธอเป็นศาสตราจารย์ด้านกุมารเวชศาสตร์และการแพทย์ที่คณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด

และมีกลุ่มสำคัญกลุ่มหนึ่งที่ไม่ละทิ้งสนามคือพ่อแม่ของเด็กป่วย เมื่อไม่มีทางเลือกในการรักษาอื่นๆ พ่อแม่ก็ปรากฏตัวขึ้นในสำนักงานของนักวิจัย บ่อยครั้งพร้อมกับลูกๆ ของพวกเขาถามว่า “คุณช่วยลูกของฉันได้ไหม”

จากหยดเป็นคำราม

ผู้ปกครองให้ทุนมูลนิธิและมูลนิธิเหล่านั้นให้ทุนแก่นักวิทยาศาสตร์ Samulski กล่าวว่า “พวกเขารักษาห้องแล็บทั้งที่กำลังจะปิดตัวลงหรือไปที่ที่ทำเงิน”

ภายในปี 2010 Gao นักวิจัยด้านยีนบำบัด James Wilson และเพื่อนร่วมงานได้ระบุพาหะของ AAV ใหม่นักวิทยาศาสตร์รู้มากขึ้นเกี่ยวกับวิธีการและตำแหน่งที่เวกเตอร์ของไวรัสทำงานในเซลล์ และห้องปฏิบัติการได้บันทึกความสำเร็จในแบบจำลองสัตว์ Samulski ซึ่งในปี 2544 ได้ร่วมก่อตั้ง AskBio บริษัทยีนบำบัดในมลรัฐนอร์ทแคโรไลนากล่าว

จากงานพรีคลินิกที่มีแนวโน้มดี การทดลองในมนุษย์ได้เริ่มต้นขึ้นอีกครั้ง เวคเตอร์ AAV จำนวนมากใช้ ถึงแม้ว่าเวกเตอร์อื่นๆ ก็ถูกใช้เช่นกัน ในปี 2552 ทีมของ Roncarolo ได้เผยแพร่ความพยายามที่ประสบความสำเร็จในการรักษา SCIDโดยใช้ retroviral vector โดยไม่ก่อให้เกิดมะเร็งเม็ดเลือดขาว “การทดลองนี้พิสูจน์แล้วว่าปลอดภัย แต่ที่สำคัญกว่านั้นพิสูจน์แล้วว่าสามารถรักษาผู้ป่วยได้” เธอกล่าว

บริษัทเทคโนโลยีชีวภาพหลายสิบแห่งเข้าร่วมภาคสนาม และบริษัทยาขนาดใหญ่ให้ทุนสนับสนุนการทดลองทางคลินิก ในปี 2013 High และเพื่อนร่วมงานได้ก่อตั้ง Spark Therapeutics ในฟิลาเดลเฟีย และนำทีมร่วมกับ Jean Bennett และ Albert Maguire ที่ Penn Medicine ซึ่งได้รับการอนุมัติจาก FDA เป็นครั้งแรกสำหรับการบำบัดด้วยยีน AAV ที่ชื่อ Luxturna ในเดือนธันวาคม 2017 นอกจากนี้ในปี 2017 FDA ได้อนุมัติยีนบำบัดสองแบบที่ใช้เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ดัดแปลงพันธุกรรมของผู้ป่วย เรียกว่าเซลล์ CAR-T เพื่อต่อสู้กับมะเร็งชนิดหายาก หนึ่งปีก่อนหน้านี้ Strimvelis การบำบัดด้วย SCID ของ Roncarolo ได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมาธิการยุโรป

ในช่วงปลายปี พ.ศ. 2564 มีการบำบัดด้วยยีน 46 ครั้งในการทดลองทางคลินิกระยะที่ 3 สุดท้ายนี้ ซึ่งรวมถึงการบำบัดแบบ High’s สำหรับโรคฮีโมฟีเลีย ซึ่งเป็นรุ่นแรกที่ได้รับการทดสอบในมนุษย์เมื่อ 20 ปีที่แล้ว ในปีเดียวกันนั้น การทดลองทางคลินิกด้วยยีนบำบัดมากกว่า 1,220 ครั้งมีเป้าหมายที่จะรับผู้ป่วย 90,000 รายทั่วโลก FDA และ European Medicines Agency คาดการณ์ว่าพวกเขาแต่ละฝ่ายจะอนุมัติยีนและการบำบัดด้วยเซลล์ 10 ถึง 20 ชนิด ซึ่งเป็นวิธีการรักษาที่ปลูกถ่ายเซลล์ ไม่ว่าจะดัดแปลงพันธุกรรมหรือไม่ก็ตาม เข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วยเพื่อการรักษา – ต่อปีภายในปี 2025

ความสำเร็จในสนามแต่ละอย่างเป็นเหมือนการปีนขึ้นไปบนยอดภูเขาเพียงเพื่อจะได้รู้ว่านี่คือค่ายฐานอีกแห่ง Samulski กล่าว ภูเขาในปัจจุบันรวมถึงการพยายามป้องกันการตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่เป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นในการตอบสนองต่อการบำบัดด้วยยีนในปริมาณมาก การเพิ่มการผลิตเวกเตอร์ และดำเนินการตามล่าหาระบบส่งยีนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง

High ซึ่งปัจจุบันเป็นประธานของ Therapeutics ที่ AskBio รู้สึกตื่นเต้นกับแนวทางใหม่ในการบำบัดด้วยยีน ซึ่งรวมถึงการบำบัดด้วยเซลล์ CAR-Tและ การแก้ไขยีน ด้วยCRISPR/Cas9 แต่เธอหวังว่านักวิจัยจะได้เรียนรู้จากอดีต: ต้องใช้เวลาและความอุตสาหะในการพัฒนาการบำบัดรูปแบบใหม่ “ความตื่นเต้นของฉันมักจะถูกบรรเทาด้วยความรู้ที่ได้มาอย่างยากลำบาก” เธอกล่าว

หน้าแรก