Calea spre progres Studiile preclinice ale bolilor neurodegenerative legate de vârstă: o perspectivă asupra modelelor de rozătoare și derivate din HiPSC Partea 6

Modelarea îmbătrânirii „în farfurie”

Inducerea semnăturilor celulare morfologice și funcționale legate de vârstă. În timp ce modelarea tulburărilor de neuro-dezvoltare (de exemplu, atrofia spinală-musculară, encefalită primară herpes simplex) cu hiPSC a avut succes, este mult mai dificil să recapitulezi cu precizie fenotipurile bolii ale NDD legate de vârstă, cum ar fi AD și PD.

Encefalita este o boală comună care afectează creierul uman și poate duce chiar la moarte în cazuri grave. Encefalita poate avea efecte extrem de negative asupra multor sisteme din corpul uman, cum ar fi sistemul nervos și cel respirator. Totuși, impactul asupra memoriei este bidirecțional.

Encefalita poate afecta memoria corpului uman. Unii pacienți își pierd multă memorie atunci când afecțiunea este gravă. Acest lucru se datorează faptului că encefalita provoacă leziuni ale creierului uman, ducând la probleme cu transmiterea și recepția semnalelor. Acest lucru poate cauza probleme de memorie pe termen scurt și pe termen lung, care depind de amploarea leziunilor cerebrale.

Cu toate acestea, în timpul tratamentului encefalitei, memoria corpului uman se va recupera încet. Acest lucru se datorează faptului că, în timpul procesului de tratament, medicii vor oferi pacienților câteva medicamente speciale pentru a restabili treptat sănătatea celulelor nervoase, sporind astfel memoria corpului uman.

Acesta este, de asemenea, o reamintire a faptului că pentru unele persoane care sunt predispuse la encefalită, este, de asemenea, foarte important să se relaxeze și să întărească sistemul imunitar, ceea ce le poate ajuta să stea departe de pericolul encefalitei. De exemplu, participați la activități mai sănătoase, evitați să stați până târziu pentru o perioadă lungă de timp și mâncați alimente mai hrănitoare.

Pe scurt, deși encefalita va afecta memoria corpului uman, acest efect va fi atenuat pe măsură ce tratamentul progresează. Înfruntarea corectă a bolii, menținerea unui stil de viață sănătos și tratarea activă a acesteia ne pot face să trăim o viață mai pozitivă, să ne prețuim mai mult viața și să petrecem fiecare zi fericiți. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria. Cistanche poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece poate regla și echilibrul neurotransmițătorilor, cum ar fi creșterea nivelurilor de acetilcolină și a factorilor de creștere, care sunt foarte importanți pentru memorie și învățare. În plus, Cistanche poate, de asemenea, să îmbunătățească fluxul sanguin și să promoveze livrarea de oxigen, ceea ce poate asigura că creierul obține suficientă nutriție și energie, îmbunătățind astfel vitalitatea și rezistența creierului.

Faceți clic pe cunoașteți suplimentele pentru a crește memoria

Reprogramarea celulelor somatice pentru a genera hiPSC șterge semnăturile vârstei moleculare ale celulelor donatoare și le revine la stadiile de dezvoltare fetală.2,219,220 Ca atare, domeniul a conceput o varietate de strategii inventive pentru a accelera îmbătrânirea și/sau maturarea celulară ca mijloc de depășire. această limitare, inclusiv supraexprimarea ectopică a proteinelor legate de îmbătrânire, cum ar fi progerina221, a indus scurtarea artificială a telomerilor222 și expunerea la diferite toxine care provoacă disfuncție mitocondrială și stres oxidativ.223,224 O altă strategie de a induce îmbătrânirea a fost dezvoltată de către laboratoarele ChibaFalek144. trecerea multiplă a NPC-urilor pentru a imita procesele naturale de îmbătrânire.

Această strategie reprezintă o alternativă atractivă în comparație cu metodele anterioare descrise mai sus, deoarece reduce potențialele fenotipuri artificiale, o consecință a expunerii la toxine sau a exprimării ectopice, și se bazează pe un proces mai natural de inducere a îmbătrânirii în modelele celulare ale NDD-urilor „Conversia directă” a Celule somatice la modele neuronale.

Alternativ, au fost dezvoltate metode cunoscute ca „linie/conversie directă” sau „transdiferențiere” pentru a păstra vârsta donatorului și a păstra semnăturile moleculare „în vârstă”.

Această abordare se bazează pe reprogramarea directă a celulelor somatice umane, cum ar fi fibroblastele, în neuroni prin furnizarea diverșilor factori de transcripție specifici liniei celulare, fără o etapă intermediară de dediferențiere în hiPSCs.225–227 Un exemplu este generarea de DA induse de DA. neuroni (iNs) direct din fibroblastele embrionare de șoarece228 și astrocite umane229 ca mijloc de producere a unui sistem model mai adecvat pentru studiul neurodegenerării umane legate de vârstă.

Într-adevăr, aceste metode permit păstrarea efectelor îmbătrânirii asupra genomului. În cele din urmă, ar trebui luate în considerare liniile directoare pentru abordarea limitărilor biologice și tehnice legate de activitatea hiPSC, în special diferențele dintre donatorii hiPSC, autentificarea purității culturii derivate și stabilitatea genetică. pentru a controla variabilitatea modelelor derivate din hiPSC și pentru a asigura rezultate robuste și un grad înalt de reproductibilitate.

Direcții viitoare în aplicațiile hiPSC în contextul NDD-urilor Medicină personalizată și screening pentru medicamente

AD și PD prezintă o mare variabilitate și eterogenitate în simptome; astfel, aceste patologii pot reprezenta fiecare un grup de boli de subtip,230,231 este un aspect critic în proiectarea studiilor clinice atunci când progresează DMT presupuse prin conducta de dezvoltare a medicamentelor.

Kondo și colab.232 au arătat că hiPSC-urile derivate de la pacienții cu FAD și sAD au prezentat răspunsuri diferite la medicamente la tratamentul cu acid docosahexaenoic (DHA), un medicament care anterior a eșuat în studiile clinice AD.

Aceste date sunt indicative pentru diferite subtipuri de AD care posedă răspunsuri clinice diferite la tratament. Astfel, este nevoie de a stratifica participanții la studiu pentru a obține un beneficiu în studiile clinice, ceea ce implică faptul că mai multe terapii care au eșuat în studiile clinice pot avea încă potențialul de a fi eficiente în anumite subtipuri definite de AD.

Îmbunătățirea modelelor preclinice actuale va facilita evaluarea precisă a medicamentelor existente și noi prin definirea unor măsuri de rezultat mai bune și/sau a populațiilor adecvate de pacienți.

Kondo și colab.232 au demonstrat în continuare utilitatea modelelor AD derivate din hiPSC pentru screening-ul cu randament ridicat al unui grup de compuși terapeutici presupuși folosind fenotipuri ale bolii stabilite anterior ca măsuri de rezultat, și anume capacitatea de a reduce raportul Ab42:Ab40 în neuronii derivați din 13. liniile hiPSC pacientului AD.

Șase compuși de plumb au fost capabili să reducă semnificativ Ab42:Ab40 neuronal; cu toate acestea, unul dintre compușii care conținea un „cocktail” de cromolină, topiramat și bromocriptină a salvat această boală doar fenotipul în neuronii hiPSC derivați de la pacienții cu FA. inversat cu GT,174,233, oferind validarea dovezii de concept pentru o abordare personalizată a intervenției terapeutice.

În general, dezvoltarea ulterioară a tehnologiei hiPSC poate permite în cele din urmă cercetătorilor să stratifice pacienții pe baza unor medii genetice specifice ale factorilor de risc pentru a evalua răspunsurile diferite ale subpopulațiilor genetice la tratament.

Abordări regenerative ale neurodegenerării

Capacitatea neuronilor creierului de a se regenera ca răspuns la leziuni este minimă; cu neurogeneza adultului limitată la câteva regiuni ale creierului selectate și în boli caracterizate prin neurodegenerare cronică, cum ar fi AD și PD, tulburările cognitive și comportamentale rezultate sunt ireversibile.

Cele mai interesante căi care apar din tehnologia hiPSC sunt strategiile de inginerie tisulară care vizează regenerarea țesutului neuronal pierdut prin transplantul de hiPSC.

Aceste strategii terapeutice revoluționare valorifică capacitatea hiPSC de a fi diferențiate în mai multe subclase de celule neuronale și gliale. În timp ce conceptul de transplant de hiPSC pentru a stimula generarea țesuturilor este încă într-un stadiu incipient, este un domeniu în dezvoltare rapidă, iar dovezile recente au demonstrat că transplantul de hiPSC și ESC pot fi benefice pentru mai multe boli, inclusiv degenerescența maculară legată de vârstă234,235 și leziuni ale măduvei spinării.236

Cu mai multă relevanță aici, un studiu clinic recent realizat de Song și colab.237, care a implicat transplantul de neuroni DA autologi derivați de hiPSC la pacienți cu PD, a restabilit eficient deficitele motorii pentru prima dată. Acest studiu revoluționar oferă dovada conceptului că astfel de tehnici de transplant bazate pe hiPSC oferă platforma perfectă pentru terapia regenerativă de succes în NDD.

Cu toate acestea, este important să recunoaștem că transplantul hiPSC este însoțit de diverse provocări, inclusiv riscul de tumorigenicitate și de respingere a grefei de către pacient.238,239 Pentru a atenua acest obstacol, sunt în prezent dezvoltate o varietate de strategii imun-evazive pentru a depăși respingerea imună.240,241.

Combinate cu proprietățile lor de auto-regenerare, hiPSC-urile posedă multe caracteristici extrem de dorite pentru medicina regenerativă personalizată și îl fac pe om candidatul ideal pentru terapiile bazate pe regenerare în tulburările SNC.242–245 Transplantul hiPSC-urilor deschide strategii terapeutice pentru a aborda nu numai recuperarea țesutului pierdut. dar și necesitatea unui DMT prin utilizarea celulelor corectate genetic.

Derivate de la pacienți, hiPSC-urile pot suferi un tratament de modificare a genelor in vitro, de exemplu folosind tehnologia CRISPR-Cas9, pentru corecția țintită a genei mutate.

Ulterior, celulele corectate genetic ar putea fi înlocuite în pacientul clinic. Astfel de constructe de modificare a ADN-ului ar rămâne în mod ideal episomale și să fie auto-inactivate până în momentul în care țesutul a fost transplantat la pacient pentru a reduce probabilitatea efectelor în afara țintă.

O foaie de parcurs pentru prezentarea de noi produse de investigație (PI) pentru a trata PD și AD

Prezentare generală a conductei de dezvoltare actuale pentru IP-uri

Studiile preclinice pentru noi terapii PD și AD sunt importante în dezvoltarea PI. Obiectivele unui program preclinic cuprinzător pentru terapie celulară și GT IP (CGTIPs) includ următoarele: (1) stabilirea plauzibilității biologice (selecția țintei); (2) identificarea nivelurilor de doză biologic active (dezvoltarea și optimizarea compusului principal); (3) selectarea nivelului potențial al dozei inițiale, a programului de creștere a dozei și a regimului de dozare pentru studiile clinice; și (4) stabilirea fezabilității și siguranței rezonabile a căii clinice de administrare (ROA) propuse de CGT-IP.

Acești pași sunt esențiali în pregătirea produselor pentru cererea de investigare a medicamentelor noi (IND) și depunerea cererii de licență pentru produse biologice (BLA). (1) angajamentul și eficacitatea țintei scăzute și (4) profilul de siguranță nesatisfăcător sunt printre cele mai comune motive pentru eșecurile CGT-IP-urilor pentru terapiile PD și AD (Figura 2).

Mai mult, o revizuire retrospectivă recentă a aprobării întârziate sau refuzate de către FDA a noilor entități medicale între 2000 și 2012 indică faptul că formularea necomprehensivă a eficacității țintei și determinarea profilului de siguranță al medicamentelor reprezintă factori majori care stau la baza eșecului programelor de dezvoltare a medicamentelor pentru NDD, inclusiv AD și PD.246

Acest studiu a informat, de asemenea, preocuparea de translabilitatea relativ scăzută în tranziția de la studiile preclinice pe animale la studiile clinice umane. Este important de menționat că FDA este bine conștientă de aceste deficiențe. FDA a creat recent linii directoare care recomandă reducerea la minimum a utilizării animalelor pentru validările IP. De exemplu, în contextul compatibilității scăzute specifice speciei a produsului clinic, FDA permite testarea sistemelor alternative de validare cu caracteristici similare și adecvate demonstrate.

Apariția hiPSC-urilor derivate de la pacienți cu AD și PD și platformele aferente prezentate în această revizuire ar putea oferi un astfel de sistem experimental alternativ pentru dezvoltarea de CGT-IP presupuse. , imunofenotiparea, evaluarea morfologică, datele de toxicologie timpurie, farmacocinetica și farmacodinamia IP pot satisface cerințele FDA pentru stabilirea relevanței biologice a produsului.

În plus, cu utilizarea studiilor in vitro, hiPSC-urile ar fi în primul rând benefice pentru identificarea potențialelor probleme de siguranță și a mecanismului de acțiune (MOA) al CGT-IP investigaționale. Aceste considerații sunt bine aliniate cu îndrumările FDA care recomandă încorporarea principiilor „3R-urilor”, pentru a cultiva protocoale de metode de testare care încurajează reducerea, rafinarea și înlocuirea utilizării animalelor, ca urmare a prevederilor aplicabile ale Legii privind bunăstarea animalelor. 1976 (7 USC2131 şi următoarele).

Conceptul de înlocuire a modurilor animale susține utilitatea programelor de modelare in vitro AD și PD. Adecvarea acestor eforturi ar trebui să fie luată în considerare mai pe scară largă cu evaluarea „efectului de schimbare”, dacă este cazul, asupra capacității programului de testare preclinice de a furniza datele necesare privind siguranța și activitatea produsului CGT-IP.

Discuția de mai sus sugerează posibilitatea generării unui portofoliu timpuriu al programului terapeutic pentru avansarea IND folosind predominant testarea și validarea in vitro, în special în contextul testării preclinice, precum și un punct de control al studiului clinic de fază 1a (Figura 2). În plus, analizele avansate, inclusiv evaluările de siguranță și toxicitate cu limitarea dozei, s-ar putea baza, cel puțin parțial, pe măsurători in vitro.

Aceste noi date de siguranță, farmacocinetice, farmacodinamice, tolerabilitate și biomarkeri relevante clinic ar informa apoi deciziile clinice ulterioare cu privire la noile IP. Astfel, efectuarea de studii pe animale necesare pentru a aborda orice probleme nerezolvate ar trebui luată în considerare numai după ce dezvoltarea unui produs CGT-IP progresează la un studiu preclinic de fază ulterioară.

De exemplu, dacă apar modificări de fabricație/formulare, astfel încât comparabilitatea produsului CGT din faza ulterioară cu produsul utilizat în faza incipientă (testat in vitro) este incertă, atunci pot fi necesare studii preclinice in vivo suplimentare pentru a pune legătura între cele două produse. Astfel de studii de legătură permit datele colectate cu produsul din faza incipientă pentru a sprijini dezvoltarea sau licențierea în faza ulterioară.

Ca atare, sugerăm că, înainte de inițierea studiilor preclinice definitive la animale, ar trebui efectuate studii in vitro pentru identificarea potențialelor probleme de siguranță și MOA a unui produs CGT-IP investigațional (Figura 2).

Acestea fiind spuse, sugerăm completarea studiilor in vitro cu evaluări ale unei baterii de fenotipuri fiziologice și funcționale ale produsului în urma administrării in vivo. Evaluările vor testa în mod specific ameliorarea fenotipurilor standard ale bolii stabilite în modelele de boală bazate pe hiPSC, așa cum sa demonstrat anterior.140,174,193,233.

În consecință, programul de testare preclinice ar trebui să încorporeze o abordare multifactorială pe pas, pentru a obține o înțelegere a plauzibilității biologice a utilizării produsului CGT experimental în populațiile de pacienți cu AD și PD vizate. Pentru a analiza procesul de certificare a unui produs GT pentru depunerea IND, vă sfătuim să contactați FDA în primele etape ale dezvoltării produsului, printr-un mecanism pre-pre-IND, care este o discuție neobligatorie, informală între recenzori de la Farmacologie/Toxicologie. Filiala organizatiei si anchetatorul.

Sfaturile oferite de Centrul pentru Evaluare și Cercetare Biologică (CBER)/Oficiul pentru Terapii Celulare, Tisulare și Genetice (OCTGT) ar fi extrem de valoroase de luat în considerare atunci când se elaborează protocoalele finale pentru studiile preclinice definitive, precum și în pregătirea diferitelor secțiuni ale documentului de informare pentru întâlnirea pre-IND.

Specia animală selectată pentru evaluarea bioactivității și siguranței ar trebui să demonstreze răspunsul biologic la produsul CGT experimental, similar cu cel așteptat la om, pentru a genera date care să ghideze proiectarea studiului clinic.

Considerațiile pentru determinarea speciilor relevante includ următoarele: (1) comparabilitatea fiziologiei și anatomiei cu cea a oamenilor; (2) permisivitatea/susceptibilitatea la infecție prin, și replicarea, vectorilor virali sau vectorilor microbieni pentru GT; (3) imunoleranță la un produs CGT uman sau transgenă umană exprimată de un produs GT; și (4) fezabilitatea utilizării sistemului/procedura de livrare clinică planificată.

Observații concludente

Căutarea DMT-urilor eficiente clinic pentru NDD legate de vârstă, cum ar fi AD și PD, a fost întâmpinată cu un eșec semnificativ, în ciuda celor peste 40 de ani de cercetare. Factorii multipli sunt responsabili pentru absența DMT-urilor AD și PD, iar modelele preclinice inadecvate ale bolii constituie o limitare majoră.

Cu toate acestea, studiile clinice ale candidaților presupusi DMT nu pot fi oprite în așteptarea modelului NDD „perfect”. Reglementările actuale ale IND ar putea împiedica cercetările actuale și viitoare privind tratamentele NDD prin dependența excesivă de datele generate de modele animale inadecvate, încetinind și mai mult progresul către realizarea unui DMT.

Odată cu apariția hiPSC-urilor derivate de la pacient, domeniul a intrat într-o nouă eră în cercetarea NDD, permițând investigații preclinice în contextul fundalului genetic al fiecărui pacient, care este cheia în dezvoltarea DMT-urilor pentru boli genetice complexe. Împreună cu tehnici noi de editare și livrare a genelor, hiPSC reprezintă un set de instrumente preclinic emergent și promițător, care facilitează modelarea bolii și descoperirea medicamentelor.

Concluzie, în timp ce utilitatea modelelor de rozătoare este valoroasă în mai multe aspecte ale evaluării preclinice, cum ar fi evaluarea profilului de siguranță, a bioactivității sistemice și a rezultatelor funcționale, trebuie să (1) să recunoaștem beneficiile modelelor NDD generate de hiPSCs și să considerăm utilitatea lor ca fiind complementară. platformă pentru evaluarea eficacității terapeutice în studiile preclinice, (2) să lucreze la îmbunătățirea modelelor actuale bazate pe animale și celule - și modele personalizate care vor fi aplicabile pentru evaluarea terapiilor cu medicină de precizie și (3) definirea rezultatelor măsurabile ale tratamentului intervenției terapeutice și, în consecință , selectați cel mai potrivit model/sisteme.

INFORMAȚII SUPLIMENTARE

Informații suplimentare pot fi găsite online lahttps://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.01.001.

REFERINȚE

1. Prince, M., Wimo, A., Guerchet, M., Ali, G.-C., Wu, Y.-T. și Prina, M. (2015).World Alzheimer Report 2015 The Global Impact of Dementa O analiză a prevalenței, incidenței, costurilor și tendințelor (Alzheimer's Disease International).

2. Murray, CJL, Vos, T. și Lopez, A.; GBD 2015 Colaboratori privind incidenta și prevalența bolilor și leziunilor (2016). Incidența, prevalența și anii trăiți cu dizabilități globale, regionale și naționale pentru 310 de boli și leziuni, 1990-2015: o analiză sistematică pentru Studiul Global Burden of Disease 2015. Lancet 388, 1545–1602.

3. Qiu, C., Kivipelto, M. și von Strauss, E. (2009). Epidemiologia bolii Alzheimer: apariția, determinanții și strategiile de intervenție. Dialoguri Clin.Neurosci. 11, 111–128.

4. Levy, G. (2007). Relația bolii Parkinson cu îmbătrânirea. Arc. Neurol. 64,1242–1246.

5. Hebert, LE, Weuve, J., Scherr, PA și Evans, DA (2013). Boala Alzheimer din Statele Unite (2010-2050) a fost estimată folosind recensământul din 2010. Neurologie 80, 1778–1783.

6. Asociația Alzheimer (2020). 2020 Fapte și cifre despre boala Alzheimer. Dementul Alzheimer. 16, 391–460.

7. Wimo, A., Guerchet, M., Ali, GC, Wu, YT, Prina, AM, Winblad, B., Jönsson, L., Liu, Z. și Prince, M. (2017). Costurile mondiale ale demenței 2015 și comparații cu 2010. Dementul Alzheimer. 13, 1–7.

8. Cummings, JL, Morstorf, T. și Zhong, K. (2014). Conducta de dezvoltare a medicamentelor pentru boala Alzheimer: puțini candidați, eșecuri frecvente. Alzheimer Res. Acolo. 6, 37.

9. Dong, J., Cui, Y., Li, S. și Le, W. (2016). Tratamente farmaceutice actuale și terapii alternative ale bolii Parkinson. Curr. Neurofarmacol. 14, 339–355.

10. Stoker, TB (2018). Boala Parkinson: Patogeneza și aspectele clinice., JCGreenland, ed. (Codon Publications). https://doi.org/10.15586/codonpublications. boala Parkinson.2018.

11. Hung, SY și Fu, WM (2017). Candidați la medicamente în studiile clinice pentru boala Alzheimer. J. Biomed. Sci. 24, 47.

12. Lang, AE și Espay, AJ (2018). Modificarea bolii în boala Parkinson: abordări actuale, provocări și considerații viitoare. Lun. dezordine. 33.660–677.

For more information:1950477648nn@gmail.com