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DDx TEMPORADA 4 EPISÓDIO 4

Terapia gênica em ação: vetores virais adeno-associados

Resumo

Vetores virais adeno-associados, ou AAV, são diminutas “cascas” de vírus. E hoje eles são os veículos mais comuns para entregar terapias baseadas em genes. Neste episódio, vamos falar do passado, do presente e do futuro dos AAV.

Imagine um foguete saindo da Terra com uma carga rumo a uma estação espacial distante, e você terá uma boa ideia do que são os vetores virais adeno-associados. Só que, em vez de levar equipamento de transporte e suprimentos, os AAV transportam genes.

É um feito que levou quase seis décadas de trabalho. Pode parecer muito tempo para lidar com algo menor do que o organismo unicelular mais ínfimo. Porém, assim como construir um foguete destinado às profundezas do espaço, o desenvolvimento dos vetores AAV demandou paciência, persistência e um pouco de fé.

Na era antes do sequenciamento do DNA e da clonagem genética, os cientistas nos anos 60 perceberam que os vetores virais adeno-associados poderiam ser uma janela para compreender as variações genéticas nos vírus e, consequentemente, em outros organismos também.

Os AAV se tornaram uma curiosidade por serem imunologicamente diferentes dos outros vírus.

Então, nos anos 70, a pesquisa sobre os AAV seguiu três direções. Uma determinou que o DNA do AAV simples poderia ser reescrito e editado em laboratório. A segunda descobriu que, embora esses pequenos vírus possam infectar seres humanos, eles não se replicam sem um “vírus auxiliar” (como o adenovírus). Na ausência de outro vírus, eles permanecem latentes e parecem ser uma ameaça pouco importante à saúde humana. A terceira investigou se os AAV poderiam se tornar vetores para transferir genes de um microrganismo para outro.

Tudo isso culminou em 1978, quando o primeiro AAV clonado foi gerado e transferido com sucesso para uma célula da bactéria E. coli, onde produziu 50 novas colônias de AAV.

Então, tínhamos provas de que os vírus adeno-associados podiam ser produzidos artificialmente, ser esvaziados e preenchidos com outros materiais genéticos e servir de vetor para distribuir genes sem prejudicar seu novo hospedeiro.

Na década de 1980, já tínhamos a capacidade de construir muitos “navios de foguetes virais” e enchê-los com carga genética, apenas precisávamos de um destino para enviá-los. Entrar no campo emergente da terapia gênica, com foco no desenvolvimento de tratamentos para doenças genéticas, como fibrose cística, hemofilia B, Parkinson e muito mais.

A pesquisa continuou e, hoje, os vetores virais adeno-associados são a base do desenvolvimento da terapia gênica. Embora o progresso seja necessariamente lento, a terapia gênica é uma ciência com possibilidades quase infinitas. E com vetores AAV, ela agora está ao nosso alcance.

Para mais informações sobre terapia gênica, visite www.genetherapynetwork.com.

Transcrição

DDx TEMPORADA 4 EPISÓDIO 4

Terapia gênica em ação: vetores virais adeno-associados

RAJ: Esta temporada do DDx é oferecida por Novartis Gene Therapies.

Abertura

KIM: Coisas boas vêm em embalagens pequenas.

Vetores virais adeno-associados, ou AAVs, são pequenas conchas de vírus.1 E hoje eles são os veículos mais comuns para entregar terapias baseadas em genes.2

Imaginem um foguete saindo da Terra com uma carga preciosa para uma estação espacial distante e você terá uma boa ideia do que são os AAVs. Só que, em vez de levar equipamento de transporte e suprimentos para explorar o espaço, os AAVs transportam genes.

Para pacientes com cegueira hereditária, os AAVs podem entregar o material genético de que eles precisam para enxergar.3

É um feito que levou quase seis décadas.4

Pode parecer muito tempo para lidar com algo menor do que o organismo unicelular mais ínfimo.5

Porém, assim como construir um foguete destinado às profundezas do espaço, o desenvolvimento dos vetores AAV demandou paciência, persistência e um pouco de fé.

Mostrar introdução

RAJ: Este é o DDx, um podcast do Figure 1 sobre como os médicos pensam.

Sou o Dr. Raj Bhardwaj.

Nesta temporada, temos conosco a coapresentadora Kim Handysides, que nos acompanhará em nosso mergulho na terapia gênica.

Hoje vamos falar de um mecanismo de entrega de tratamentos de terapia gênica essencial: vetores virais adeno-associados, ou AAVs.

Vamos começar contando uma breve história dos AAVs e vendo como eles funcionam.

Aqui está a Kim.

Capítulo 1

KIM: Assim como no programa espacial, a origem dos AAVs remete ao início dos anos 60.

Nesse caso, tudo começou em 1965, em um laboratório na Universidade de Pittsburgh. O microbiologista Robert Atchison estava observando em seu microscópio culturas de células coletadas de um macaco Rhesus.4,6

Ele estava interessado em uma classe de vírus conhecida como adenovírus.7 Mas Atchison observou outra coisa: onde quer que encontrasse adenovírus, também observava partículas menores, semelhantes ao vírus, aglomeradas em volta deles.4,7

Ele começou a estudar essas partículas e descobriu que elas se comportavam de forma diferente de um vírus normal. O fato é que elas não pareciam se replicar muito bem nas células humanas nem desencadear uma resposta imune. Elas não causaram nenhuma doença, ao contrário dos adenovírus que elas acompanhavam.4

Atchison decidiu chamar essas partículas de “vírus adeno-associados” ou AAVs, para abreviar.8 Inicialmente, não se acreditava que eles seriam muito interessantes para a ciência.4

Mais ou menos na mesma época, outro microbiologista, Wallace Rowe, do Instituto Nacional de Saúde de Maryland, também observou esses AAVs.4,8

Esses AAVs eram, na verdade, uma classe de vírus própria, que hoje é conhecida como “dependovírus”, porque dependem de outros vírus para se reproduzir.4

No final dos anos 60, achava-se que esses AAVs podiam ser variantes genéticas dos seus primos virais maiores, e foi aí que eles se tornaram interessantes.4

Capítulo 2

KIM: Na era antes do sequenciamento do DNA e da clonagem genética, os cientistas nos anos 60 perceberam que os AAVs poderiam ser uma janela para compreender as variações genéticas nos vírus e, consequentemente, em outros organismos também.4

Os AAVs se tornaram uma curiosidade por serem imunologicamente diferentes dos outros vírus.8

Então, nos anos 70, a pesquisa sobre os AAVs seguiu três direções.4

Primeiro, biólogos moleculares liderados pelo virologista britânico Lionel Crawford investigaram a estrutura do DNA do AAV. Crawford percebeu que o simples DNA do AAV podia ser reescrito e editado em um laboratório.4

Segundo, especialistas em doenças infecciosas do NIH estudaram os AAVs e descobriram que, embora esses pequenos vírus possam infectar seres humanos, eles não se replicam sem um “vírus auxiliar” (como o adenovírus). Na ausência de outro vírus, eles permanecem latentes e parecem ser uma ameaça pouco importante à saúde humana.4,8,9

Em terceiro lugar, geneticistas, inclusive Kenneth Berns, da Universidade da Florida, começaram a investigar se os AAVs podiam se tornar vetores para transferir genes de um organismo para outro,4,10,11 como um foguete vazio que pode ser carregado com outra carga. Salvo que, no caso dos AAVs, a carga teria genes diferentes a serem transportados para uma célula viva.

Tudo isso culminou em 1978, quando Jude Samulski, um estudante de pós-graduação na Universidade da Florida, gerou o primeiro AAV clonado.7,11,12

Ele conseguiu transferi-lo para uma célula da bactéria E. coli, onde produziu 50 novas colônias de AAVs.8

Então, tínhamos provas de que os vírus adeno-associados podiam ser produzidos artificialmente, ser esvaziados e preenchidos com outros materiais genéticos e servir de vetor para distribuir genes sem prejudicar seu novo hospedeiro.8,12

Depois disso, a pesquisa com AAVs estava quase pronta para o lançamento.

Capítulo 3

KIM: Os cientistas identificaram três sorotipos principais nos AAVs e sequenciaram o DNA.8

Em meados dos anos 80, os geneticistas sequenciaram o DNA do segundo sorotipo (chamado AAV2) e estavam confiantes de que essas partículas incríveis poderiam servir de vetores para exprimir genes em um novo organismo hospedeiro.4

Em outras palavras, tínhamos a capacidade de construir muitos foguetes virais e carregá-los de carga genética. Agora precisávamos de um destino para onde enviá-los.

Entrar no campo emergente da terapia gênica, com foco no desenvolvimento de tratamentos para doenças genéticas, como fibrose cística, hemofilia B, Parkinson e muito mais.8

Nos anos 90, Jude Samulski se mudou para um laboratório na Universidade da Carolina do Norte, onde começou a testar AAVs em relação à sua compatibilidade com as células humanas. Um grande avanço surgiu quando ele conseguiu empregar um vetor  de AAV de modo que se ligasse a uma célula humana de uma cultura laboratorial.8

E ele também observou que esses vetores de AAV podiam servir para garantir uma expressão genética prolongada em uma terapia, confirmando que eles podem ficar mais tempo nas nossas células.1 Não basta o foguete chegar à estação espacial. É preciso que ele fique tempo suficiente para a carga ser entregue por completo.13,14

Samulski e um dos seus alunos de pós-graduação, Xiao Xiao, descobriram, então, que os AAVs podiam ser feitos para atingir tipos específicos de células no corpo: eles podiam ser personalizados para aumentar a eficiência.15

Por isso, em meados dos anos 90, sabíamos como projetar e produzir vetores de AAV,16 esses foguetes genéticos. Sabíamos como carregá-los, lançá-los em sua jornada, guiá-los em seu progresso e atracá-los em uma célula hospedeira para entregar essa carga de material genético. Os vetores de vírus adeno-associados estavam, finalmente, prontos para passar dos tubos de ensaio em laboratórios para testes clínicos em seres humanos.16

Samulski, trabalhando com a Dr.ª Paola Leone no Centro de Terapia Gênica da UNCE,17,18 decidiu focar em uma doença genética rara, conhecida como doença de Canavan. A doença de Canavan é uma forma rara de leucodistrofia sem tratamento conhecido. É causada por uma variação do gene da aspartoacilase (ASPA), que é responsável pela produção de mielina, o tecido de gordura protetor em volta das células no sistema nervoso central humano.8,19

Sem essa mielinização, os pacientes com a doença de Canavan sofrem danos degenerativos nas células nervosas que, em casos graves, causam anomalia muscular e no desenvolvimento cerebral, paralisia e convulsões. Muitas vezes, esses danos são fatais.20

Em 2001, o Comitê Consultivo de DNA Recombinante do Instituto Nacional de Saúde (NIH) aprovou o protocolo clínico18 em que Samulski administrou genes ASPA através de vetores AAV2 nas células nervosas de 10 pacientes de Canavan por meio de neurocirurgia.8,17

A equipe dele verificou que a produção de mielina aumentou drasticamente. Houve um abrandamento notável da atrofia do tecido cerebral e os participantes relataram um declínio na frequência das convulsões. O melhor de tudo é que não houve efeitos colaterais relacionados ao vetor.8,17

Sete dos 10 pacientes não tiveram resposta imunológica e os demais apresentaram respostas pouco importantes.17 Essa foi a primeira prova concreta de que os vetores de AAV podiam entregar tratamentos de terapia gênica a pacientes humanos, superando uma doença que, de outra forma, seria impossível resolver.

Fechamento

KIM: Hoje, os vetores virais adeno-associados são a base do desenvolvimento da terapia gênica. Eles têm várias características importantes:

Primeiro, são relativamente fáceis de produzir — os cientistas agora conseguem criar milhões de uma vez.6

Segundo, são altamente maleáveis — podemos planejá-los para se combinarem com todos os diversos tipos de células.6

Terceiro, são não integrantes — é improvável que a carga genética dentro de um vetor de AAV se integre ao DNA da célula hospedeira. Para algumas doenças, isso pode significar que os genes transferidos via vetores AAV têm o potencial de produzir resultados em longo prazo.9,21-23

Mas os AAVs não são perfeitos.24 Para começar, são pequenos. Sua capacidade de carga é muito pequena para transportar genes maiores.9

E, sim, o progresso científico é necessariamente lento. Para todos os incríveis benefícios potenciais dos vetores AAV de entregar tratamentos para doenças genéticas, a ciência demanda um processo minucioso de estudo após estudo para chegar ao ponto em que um tratamento esteja pronto para a aprovação da FDA.25

No entanto, o foguete partiu rumo a novos mundos. A terapia gênica é uma ciência direcionada para as estrelas. E com vetores AAV, ela agora está ao nosso alcance.

Mostrar encerramento

RAJ: Agradecemos ao Dr. Jerry Mendell por compartilhar a sua experiência na pesquisa deste episódio. 

Este é o DDx, um podcast do Figure 1.

O Figure 1 é um aplicativo que permite que os médicos compartilhem imagens clínicas e conhecimento sobre casos difíceis de diagnosticar.

Eu sou o Dr. Raj Bhardwaj, coanfitrião e editor de histórias do DDx.

Você pode me seguir no Twitter em Raj Bhardwaj MD.

Visite “figure1.com/ddx”, onde você pode encontrar notas completas, fotos e biografias dos palestrantes.

Este episódio foi apresentado pela Novartis Gene Therapies.

Obrigado por ouvir.

Referências:

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  2. Hysolli E. Gene Therapy: The Age of AAV. Wyss Institute. Published May 23, 2017. Accessed October 29, 2021. https://wyss.harvard.edu/news/gene-therapy-the-age-of-aav/
  3. Mendell JR, Al-Zaidy SA, Rodino-Klapac LR, et al. Current clinical applications of in vivo gene therapy with AAVs. Mol Ther. 2021;29(2):464-488.
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  5. Vidyasagar A. Live Science. Published January 5, 2016. Accessed November 16, 2021. https://www.livescience.com/53272-what-is-a-virus.html
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  20. About Canavan Disease. Canavan Foundation. Accessed November 2, 2021. https://www.canavanfoundation.org/about_canavan_disease
  21. Naso MF, Tomkowicz B, Perry WL 3rd, Strohl WR. Adeno-Associated Virus (AAV) as a Vector for Gene Therapy. BioDrugs. 2017;31(4):317-334.
  22. Vectors 101. American Society of Gene + Cell Therapy. Accessed November 3, 2021. https://patienteducation.asgct.org/gene-therapy-101/vectors-101
  23. Manufacturing of Gene Therapies: Ensuring Product Safety and Quality. FDA. Updated September 15, 2020. Accessed November 16, 2021. https://www.fda.gov/media/81682/download
  24. Qu Y, Liu Y, Noor AF, et al. Characteristics and advantages of adeno-associated virus vector-mediated gene therapy for neurodegenerative diseases. Neural Regen Res. 2019;14(6):931-938.
  25. Clinical Trials Process. American Society of Gene + Cell Therapy. Accessed November 3, 2021. https://patienteducation.asgct.org/gene-therapy-101/clinical-trials-process
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