Eine Gentherapie für chronische Schmerzen könnte eine sicherere, nicht süchtig machende Alternative zu Opioiden bieten. Forscher der University of California San Diego entwickelten die neue Therapie, die durch die vorübergehende Unterdrückung eines Gens funktioniert, das an der Schmerzwahrnehmung beteiligt ist. Es erhöhte die Schmerztoleranz bei Mäusen, senkte ihre Schmerzempfindlichkeit und sorgte für monatelange Schmerzlinderung, ohne Taubheitsgefühle zu verursachen.
Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in einem Artikel, der am 10. März in Science Translational Medicine veröffentlicht wurde.
Die Gentherapie könnte zur Behandlung eines breiten Spektrums chronischer Schmerzerkrankungen eingesetzt werden, von Schmerzen im unteren Rücken bis hin zu seltenen neuropathischen Schmerzerkrankungen – Erkrankungen, für die Opioid-Schmerzmittel derzeit der Behandlungsstandard sind.
"Was wir gerade haben, funktioniert nicht", sagte die Erstautorin Ana Moreno, eine Absolventin der Bioingenieurwissenschaften von der UC San Diego Jacobs School of Engineering. Opioide können Menschen mit der Zeit schmerzempfindlicher machen, was dazu führt, dass sie auf immer höhere Dosen angewiesen sind. "Es besteht ein dringender Bedarf an einer Behandlung, die wirksam, langanh altend und nicht süchtig macht."
Die Idee für eine solche Behandlung entstand, als Moreno promovierte. Student im Labor von Professor Prashant Mali für Bioingenieurwesen an der UC San Diego. Mali hatte die Möglichkeit untersucht, CRISPR-basierte Gentherapieansätze auf seltene sowie häufige menschliche Krankheiten anzuwenden. Morenos Projekt konzentrierte sich auf die Erforschung potenzieller therapeutischer Wege. Eines Tages stieß sie auf eine Abhandlung über eine genetische Mutation, die dazu führt, dass Menschen keine Schmerzen mehr empfinden. Diese Mutation inaktiviert ein Protein in schmerzübertragenden Neuronen im Rückenmark namens NaV1.7. Bei Personen, denen funktionelles NaV1.7 fehlt, werden Empfindungen wie das Berühren von etwas Heißem oder Scharfem nicht als Schmerz registriert. Andererseits führt eine Genmutation, die zu einer Überexpression von NaV1.7 führt, dazu, dass Menschen mehr Schmerzen empfinden.
Als Moreno das las, machte es Klick. "Indem wir auf dieses Gen abzielen, könnten wir den Schmerzphänotyp verändern", sagte sie. "Was auch cool ist, ist, dass dieses Gen nur an Schmerzen beteiligt ist. Bei dieser Mutation wurden keine schwerwiegenden Nebenwirkungen beobachtet."
Non-permanente Gentherapie
Moreno hatte sich im Rahmen ihrer Dissertation mit der Genrepression unter Verwendung des Gen-Editing-Tools CRISPR beschäftigt. Insbesondere arbeitete sie mit einer Version von CRISPR, die das sogenannte „tote“Cas9 verwendet, dem die Fähigkeit zum Schneiden von DNA fehlt. Stattdessen haftet es an einem Genziel und blockiert dessen Expression.
Moreno sah eine Gelegenheit, diesen Ansatz zu nutzen, um das Gen zu unterdrücken, das für NaV1.7 kodiert. Sie weist auf einen Reiz dieses Ansatzes hin: „Es werden keine Gene herausgeschnitten, daher gibt es keine dauerhaften Veränderungen am Genom. Sie möchten nicht dauerhaft die Fähigkeit verlieren, Schmerzen zu empfinden“, sagte sie. „Eines der größten Probleme bei der Bearbeitung von CRISPR-Genen sind Off-Target-Effekte. Sobald Sie DNA geschnitten haben, ist es das. Du kannst nicht zurück. Mit totem Cas9 machen wir nichts Unumkehrbares."
Mali, Co-Seniorautor der Studie, sagt, dass diese Verwendung von totem Cas9 die Tür für den Einsatz von Gentherapie zur Bekämpfung von Volkskrankheiten und chronischen Leiden öffnet.
"Bei manchen verbreiteten Krankheiten liegt das Problem darin, dass ein Gen falsch exprimiert wird. Sie wollen es nicht vollständig absch alten", sagte er. „Aber wenn Sie die Dosis dieses Gens verringern könnten, könnten Sie es auf ein Niveau bringen, auf dem es nicht pathogen ist. Das tun wir hier. Wir nehmen den Schmerzphänotyp nicht vollständig weg, wir dämpfen ihn.“
Moreno und Mali gründeten gemeinsam das Spin-off-Unternehmen Navega Therapeutics, um daran zu arbeiten, diesen gentherapeutischen Ansatz, den sie an der UC San Diego entwickelt haben, in die Klinik zu überführen. Sie taten sich mit Tony Yaksh zusammen, einem Experten für Schmerzsysteme und Professor für Anästhesiologie und Pharmakologie an der UC San Diego School of Medicine. Yaksh ist wissenschaftlicher Berater von Navega und Mitautor der Studie.
Frühe Laborstudien
Die Forscher konstruierten ein CRISPR/totes Cas9-System, um auf das Gen abzuzielen und es zu unterdrücken, das für NaV1.7 kodiert. Sie verabreichten Mäusen mit entzündlichen und durch Chemotherapie induzierten Schmerzen Wirbelsäuleninjektionen ihres Systems. Diese Mäuse zeigten höhere Schmerzschwellen als Mäuse, die die Gentherapie nicht erhielten; Sie zogen eine Pfote langsamer von schmerzhaften Reizen (Hitze, Kälte oder Druck) zurück und verbrachten weniger Zeit damit, sie zu lecken oder zu schütteln, nachdem sie verletzt wurden.
Die Behandlung wurde zu verschiedenen Zeitpunkten getestet. Es war noch nach 44 Wochen bei den Mäusen mit entzündlichen Schmerzen und 15 Wochen bei den Mäusen mit Chemotherapie-induzierten Schmerzen wirksam. Die Dauer wird noch getestet, sagten die Forscher, und es wird erwartet, dass sie langanh altend ist. Darüber hinaus verloren die behandelten Mäuse nicht an Empfindlichkeit oder zeigten irgendwelche Veränderungen in der normalen motorischen Funktion.
Um ihre Ergebnisse zu validieren, führten die Forscher die gleichen Tests mit einem anderen Gen-Editing-Tool namens Zinkfingerproteine durch. Es ist eine ältere Technik als CRISPR, aber es erfüllt die gleiche Aufgabe. Hier entwarfen die Forscher Zinkfinger, die auf ähnliche Weise an das Genziel binden und die Expression von NaV1.7 blockieren. Spinale Injektionen in die Zinkfinger von Mäusen führten zu den gleichen Ergebnissen wie das CRISPR-tote Cas9-System.
"Wir waren begeistert, dass beide Ansätze funktionierten", sagte Mali. „Das Schöne an Zinkfingerproteinen ist, dass sie auf dem Gerüst eines menschlichen Proteins aufgebaut sind. Das CRISPR-System ist ein fremdes Protein, das von Bakterien stammt und daher eine Immunantwort hervorrufen könnte. Deshalb haben wir uns auch mit Zinkfingern beschäftigt wir haben eine Option, die vielleicht besser in die Klinik übersetzbar ist."
Die Forscher sagen, dass diese Lösung bei einer großen Anzahl von chronischen Schmerzzuständen funktionieren könnte, die durch eine erhöhte Expression von NaV1 entstehen.7, einschließlich diabetischer Polyneuropathie, Erythromelalgie, Ischias und Osteoarthritis. Es könnte auch Patienten helfen, die sich einer Chemotherapie unterziehen.
Und aufgrund seiner nicht dauerhaften Wirkungen könnte diese therapeutische Plattform einen schlecht gedeckten Bedarf für eine große Population von Patienten mit lang anh altenden (Wochen bis Monate), aber reversiblen Schmerzzuständen decken, sagte Yaksh.
"Denken Sie an den jungen Athleten oder verwundeten Kriegskämpfer, bei dem der Schmerz durch Wundheilung verschwinden kann", sagte er. „Wir möchten diesen Menschen nicht dauerhaft die Fähigkeit nehmen, Schmerzen zu spüren, insbesondere wenn sie eine lange Lebenserwartung haben. Dieser CRISPR/Dead-Cas9-Ansatz bietet dieser Bevölkerungsgruppe eine alternative therapeutische Intervention – das ist ein großer Schritt auf dem Gebiet der Schmerzbehandlung."
Forscher an der UC San Diego und Navega werden als nächstes daran arbeiten, beide Ansätze (CRISPR und Zinkfinger) zu optimieren, um auf das menschliche Gen abzuzielen, das für NaV1.7 kodiert. Versuche an nichtmenschlichen Primaten zur Prüfung der Wirksamkeit und Toxizität werden folgen. Die Forscher erwarten, in ein paar Jahren einen IND zu beantragen und mit klinischen Studien am Menschen zu beginnen.
Offenlegung: Ana Moreno, Fernando Alemán, Prashant Mali und Tony Yaksh haben eine finanzielle Beteiligung an Navega Therapeutics. Die Bedingungen dieser Vereinbarungen wurden von der University of California San Diego in Übereinstimmung mit ihren Richtlinien zu Interessenkonflikten überprüft und genehmigt.
