Gentherapie: It’s Time to Talk about High-Dose AAV

Nicole Paulk, PhD
Assistant Adjunct Professor, UCSF

Eine Woche vor der virtuellen Konferenz 2020 der American Society for Gene & Cell Therapy ereignete sich eine Tragödie in der Gemeinschaft der seltenen Krankheiten und der Gentherapie. Am 6. Mai informierte das Gentherapie-Unternehmen Audentes (das letztes Jahr von Astellas Pharma übernommen wurde) die Gemeinschaft der X-chromosomalen myotubulären Myopathie (XLMTM), dass ein Kind in der ASPIRO-Studie (NCT03199469) an einer Sepsis gestorben war. Mit Hilfe der FDA-Behörden wurde eine Untersuchung eingeleitet, um festzustellen, ob dies mit der Behandlung mit einer hochdosierten AAV-Therapie zusammenhing.1

Leider ist vor zehn Tagen (am 23. Juni) ein zweites Kind in derselben Kohorte, das dieselbe hohe AAV-Dosis erhielt, nach der Behandlung ebenfalls an einer Sepsis gestorben.1 In entscheidenden Momenten wie diesem ist es wichtig, dass wir schnell und in aller Ruhe klären, was passiert ist, und Sicherheitsvorkehrungen treffen, um zu verhindern, dass sich so etwas wiederholt. Das Vertrauen der Patienten in unsere Therapien ist von entscheidender Bedeutung – ohne es haben wir nichts.

Auf der Grundlage der begrenzten verfügbaren Daten1 wissen wir bisher Folgendes:

Die Krankheit: XLMTM

XLMTM ist eine seltene neuromuskuläre Erkrankung bei neugeborenen Jungen. Die Patienten leiden unter schwerer Muskelschwäche und Hypotonie, was zu Atemversagen und Ernährungsproblemen führt. Die Krankheit verläuft häufig tödlich. Die Krankheit wird durch Mutationen im MTM1-Gen verursacht, das für Myotubularin kodiert, ein essentielles Protein für die normale Funktion der Skelettmuskulatur.

Das Kapsid: AAV8

Die experimentelle Gentherapie AT-132, die die therapeutische MTM1-Nutzlast für XLMTM exprimiert, wurde in ein AAV8-Kapsid verpackt. Dies ist ein in der Gentherapie sehr häufig verwendeter Kapsid-Serotyp. Laut ClinicalTrials.gov wurde von den 180 bisher durchgeführten interventionellen AAV-Gentherapie-Studien2 in 14 Fällen AAV8 verwendet (Tabelle 1).3 Wichtig ist, dass von den fast 250 Patienten, die bisher mit AAV8 für verschiedene Indikationen behandelt wurden, keine weiteren schwerwiegenden unerwünschten Ereignisse dieser Art aufgetreten sind, was das bisher ausgezeichnete Sicherheitsprofil dieses Kapsids unterstreicht.

Die Dosis: 3×1014 Vektorgenome pro Kilogramm Körpergewicht

Die beiden Jungen, die starben, waren beide in der Hochdosisgruppe der ASPIRO-Studie. Sie erhielten 3×1014 Vektorgenome pro Kilogramm Körpergewicht (vg/kg) durch intravenöse Verabreichung. Dies ist eine der höchsten Dosen von AAV, die je an Erwachsene oder Kinder verabreicht wurden (siehe Tabelle 2). Nach Angaben des Sponsors der Studie1 befanden sich beide Jungen am oberen Ende der Altersgrenze (weniger als 5 Jahre).

Wenn wir beispielsweise davon ausgehen, dass diese Jungen 4 Jahre alt waren und sich aufgrund ihres Zustands im unteren Bereich des normalen Körpergewichts für dieses Alter befanden, dann wogen sie wahrscheinlich ~13.5 kg (ca. 30 Pfund) und hätten eine Dosis von über 4×1015 vg erhalten. Mit anderen Worten, das sind etwas mehr als 4 Billiarden Viren. Das ist ein Maß für die genomhaltigen Partikel. Die Menge an leeren Kapsiden in den AT-132-Chargen ist nicht öffentlich zugänglich, und diese würden die „AAV8“-Dosisbelastung noch weiter erhöhen. (Auf dem Gebiet der Gentherapie gibt es keinen universellen standardisierten Test zur Titerbestimmung von AAV-Vektoren, so dass diese (und alle AAV-Dosen) als annähernd zu betrachten sind).

Das schwerwiegende unerwünschte Ereignis: Tod durch Sepsis

Drei Jungen in der hochdosierten AT-132-Kohorte entwickelten eine schwere hepatobiliäre Erkrankung (Schädigung der Leber und der Gallengänge); zwei dieser Jungen starben an bakteriellen Infektionen und Sepsis. Obwohl XLMTM eine Skelettmuskelerkrankung ist, betreffen die medizinischen Komplikationen häufig auch viele andere Organsysteme, einschließlich der Leber. Beide Jungen, die starben, hatten Berichten zufolge irgendeine Form einer vorbestehenden hepatobiliären Erkrankung (welche Art, wurde nicht angegeben). Dies könnte insofern von Bedeutung sein, als fast alle AAV-Therapien die Leber erreichen, wenn sie intravenös verabreicht werden, unabhängig vom späteren Zielorgan. Die Leber muss daher diese hohen Virusdosen bewältigen, was sicherlich zu Toxizität führen könnte, insbesondere wenn die Leber zuvor geschädigt wurde.

In diesem Zusammenhang sind mehrere andere schwerwiegende unerwünschte Ereignisse (von unterschiedlichem Schweregrad) bei Patienten aufgetreten, die hochdosierte systemische AAV erhielten (Tabelle 3). Diese waren größtenteils auf angeborene Immunreaktionen (z. B. Entzündung und Komplementaktivierung) und zelluläre Immunreaktionen auf den Vektor Tage bis Wochen nach der intravenösen Verabreichung zurückzuführen.

Was wir nicht wissen

Es ist nicht klar, wie der AAV8-Vektor in der ASPIRO-Studie hergestellt wurde, welche Reinigungsmethoden verwendet wurden und ob Änderungen die Sicherheit bei dieser Dosis verbessern könnten. Wir wissen nicht, welche Mengen an bereits vorhandenen Anti-AAV8-Kapsid-Antikörpern die Jungen hatten, außer dass sie die Einschlusskriterien der Studie erfüllten (was nicht öffentlich bekannt gegeben wurde). Es gibt keinen standardisierten Test zur Messung bereits vorhandener Anti-AAV-Kapsid-Antikörper, was eine große Herausforderung für die Forschung darstellt. Dies ist wichtig, da Capsid-Antikörper-Komplexe in mehreren der oben genannten Studien möglicherweise das Komplement aktiviert haben.9 Darüber hinaus wurde nicht bekannt gegeben, welche hepatobiliäre Vorerkrankung diese Jungen hatten,1 aber vermutlich wurde sie nicht als zu schwerwiegend angesehen, da die aufgelisteten Ausschlusskriterien für die Studie „klinisch signifikante zugrundeliegende Lebererkrankung“ beinhalteten.

Gedanken zur Trennung

Es ist an der Zeit, über hochdosiertes AAV zu sprechen. Die Diskussion hat zwar begonnen,10 aber angesichts dieser Todesfälle müssen wir alle herausfinden, wie hoch dosierte AAV sicher eingesetzt werden können – wenn überhaupt. Kurzfristig sind weitere präklinische Studien erforderlich, um sicherere Dosen und Biomarker für Toxizität sowie den Einfluss von Parametern wie leere Kapsidmengen, Verunreinigungen durch Herstellungsverfahren und unterschiedliche Reinigungsstrategien besser vorhersagen zu können.

Langfristig müssen wir unseren Schwerpunkt von der Frage „wie können wir hohe Dosen sicher verwenden“ auf die Frage „wie können wir den Vektor so gestalten, dass wir das nicht müssen“ verlagern. Dies erfordert Fortschritte an mehreren Fronten, darunter:

  • entwickelte Kapsiden, die sich besser an die Zielorgane anpassen
  • neue Promotoren und regulatorische Elemente für Gewebe/UmweltSpezifität und umschaltbare Kontrolle
  • Sicherere Herstellungsmethoden, die gleichzeitig den Produktionsanforderungen gerecht werden und Verunreinigungen (Wirtsproteine und unerwünschte Nukleinsäuren) reduzieren
  • Erweitertes Verständnis der AAV-Biologie während der Vektorproduktion
  • neuartige und stabilere ITR-Genomstrukturen
  • bessere Reinigungsmethoden, um die Belastung durch Verunreinigungen weiter zu reduzieren
  • innovative Strategien zur Vermeidung von Immunreaktionen
  • neue Verabreichungsmethoden

über das Engineering hinaus, müssen wir auch überlegen, ob die Verwendung des Körpergewichts zur Bestimmung der Dosierung angemessen ist. Sollten zum Beispiel zwei Kinder, die gleich viel wiegen, die gleiche Vektordosis erhalten, wenn sie einen deutlich unterschiedlichen Schweregrad der Krankheit haben? Oder wie verhält es sich mit dem Unterschied zwischen einem Kind, das die Pubertät durchlaufen hat, so dass sich das Zielorgan bereits entwickelt, und einem Säugling? Oder sogar, wenn sie ein unterschiedliches Geschlecht haben? Zahlreiche Gruppen haben inzwischen eine ausgeprägte geschlechtsdimorphe Lebertransduktion mit AAV11,12 beobachtet, so dass bei Männern eine deutlich stärkere Transduktion und damit eine höhere Expression zu beobachten ist als bei Frauen. Für die geschlechtsdimorphe Transduktion haben wir zumindest einige Daten, auf die wir uns bei der Festlegung der AAV-Dosierung beziehen können. Aber für Fragen der Dosierung bei verschiedenen Entwicklungsstadien und Krankheitsschweregraden fehlen uns die präklinischen Daten.

Der Tod dieser beiden Jungen ist erschütternd, und unsere Herzen sind bei ihren Familien und der XLMTM-Gemeinschaft. Als Wissenschaftler und Kliniker sind wir es diesen Jungen schuldig, dafür zu sorgen, dass sich so etwas nicht wiederholt. Ich hoffe, dass mehr Details so bald wie möglich veröffentlicht werden, damit die Gentherapie-Gemeinschaft erfahren kann, was passiert ist, und Lösungen entwickeln kann, um das Feld bestmöglich voranzubringen.

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