Teràpia gènica o l’utilització de gens per curar malalties

Miguel Chillón, PhD.1 Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) 2 CBATEG, Universitat Autònoma Barcelona3 Unitat de Producció de Vectors Virals de la Universitat

Autònoma de Barcelona

Novembre 23, 2011

Com curar una malaltia?

+ Medicaments

• Traumatisme …………….... Solucions Mecàniques

• Infeccions ………………....... Antibiòtics

• Malalties Metabòliques ……. Canvi de dieta/altres

• Malalties Genètiques ………. Solució Genètica Quina?Com?

Què és l’ADN? Què son els gens?L’ADN és el component químic dins del núcli d’una cèl·lula, que porta les instruccions per elaborar els organismes vius.

Els gens estan formats per l’ADN i cada gen conté les instruccions per coses molt concretes (color dels ulls, nombre de dits, etc.)

El conjunt de gens d’un individu és el genoma, i passa de pares a fills.

ColorTamanySituació en el cosNombreLímitsEstructuraFuncionalitatetc

Millions de generacions

Què passa quan hi ha un error a l’ADN (mutació)?

1) Per construir la cadira: clavar 4 potes per sota del seient amb claus i un martell.

2) Després………

Què passa quan hi ha un error a l’ADN (mutació)?

1) Per construir la cadira: clavar 4 potes per sota del seient amb claus i un martell.

2) Després………

X

Què passa quan hi ha un error a l’ADN (mutació)?

1) Per construir la cadira: clavar 2 potes per sota del seient amb claus i un martell.

2) Després………

Fites més importants en l’estudi de l’ADN (I)

• 1865: Lleis de Mendel de la genètica. L’herència es transmet en forma d’unitats discretes: gens.

X

X

X

X

• 1911: Morgan descriu l’arranjament dels gens en cromosomes.

Fites més importants en l’estudi de l’ADN (II)

• 1953: Watson i Crickdescobreixen l’estructura de doble hèlix de l’ADN.

• 1955: Les cèl.lules humanes contenen 46 cromosomes

• 1959: J. Lejeune descobreix la trisomia 21

Fites més importants en l’estudi de l’ADN (III)

• 1966: Severo Ochoa identifica el codi genètic

• 1972: Síntesi del primer ADN recombinant

• 1983: S’inventa la reacció en cadena de la polimerasa (PCR)

Fites més importants en l’estudi de l’ADN (IV)

• 1990: Inici del Projecte Genoma Humà

• 2001: Seqüenciació del genoma humà. No es troben diferències entre races.

• 2002: Seqüenciació del genoma de ratolí

Conseqüències de la seqüenciació del genoma humà

• Desenvolupament de programes informàtics per la manipulació de totes les dades generades.

• S’elaboren mapes genètics més acurats i permeten una identificació més precisa dels individus en funciódel seu codi genètic.

Conseqüències de la seqüenciació del genoma humà

• Desenvolupament de programes informàtics per la manipulació de totes les dades generades.

• S’elaboren mapes genètics més acurats i permeten una identificació més precisa dels individus en funciódel seu codi genètic.

• Es com el DNI, pero en lloc de tenir 8 xifres, té3.000.000.000 xifres !

Com es pot identificar una persona pel seu ADN?

Exemples de identificació: Detecció d’un gen causant d’una malaltia en una familia

?

1

11

4

32 2

4

3

Exemples de identificació: CSI

La roba de la víctima té taquesde sang. Per anàlisid’ADN es veu quehi ha sang de 2 persones diferents, una de elles, la víctima. La policiaté sospitosos……

1 2 3 4 5

Exemples de identificació: familiarPare Mare

1 2 3 4 5

Exemples de identificació: familiarPare Mare

1 2 3 4 5

Exemples de identificació: familiarPare Mare

1 2 3 4 5

Utilització de gens per curar malalties

Reintroducció de material genètic capaç de curar o atenuar la progressió d’una malaltia

DNA

GEN

RNA Proteïnanormal

alterat

Proteïnaanormal

Absència de proteïna

RNA alterat

Malaltia

Medicina actual

Les empreses farmacèutiques produeixen la proteïna:

• Es sintetitza químicament• l’extrauen d’animals• clonen el gen humà en bacteris que creixien en

grans fermentadors• clonen el gen en cèl·lules humanes que creixen en

bioreactors

Aquestes proteïnes s’han d’administrar una o varies vegades per dia per via sistèmica el que provoca efectes secundaris severs, tractaments cars, poc control dels nivells terapèutics, dificultat d’administració, i en alguns casos (com cervell) no és possible.

Biomedicina del futur

• Que siguin les propies cèl·lules del pacient les queprodueixen el fàrmac:

• Introduir el gen terapèutic en les cèl·lules afectades.

Biomedicina del futur

• Que siguin les propies cèl·lules del pacient les queprodueixen el fàrmac:

• Introduir el gen terapèutic en les cèl·lules afectades.

Aquestes proteïnes són produïdes constantment en l’organisme evitant variacions extremes dels seus nivells; és possible tenir un efecte terapèutic per tota la vida amb només una administració, la seva localització redueix els efectes secundaris, és una teràpia menys agressiva i més barata, es pot utilitzar per al tractament de malalties que afecten a cervell.

El virus del SIDA es pot utilitzar per a curar malalties

X 10.000

Adenovirus

• Associat a malalties lleus.

• Aproximadament 36 kb

• Receptor-específic

• Fàcil de produïr a nivells elevats (fins 1013 ptcl/ml)

• Elevada eficiència infecció de cèl.lules

• Elevada expressió del transgen

• Localització episomal : expressió temporalNo risc de mutagènesis

http://youtu.be/imL1Zmi3mWk

Seguretat: Virus deficients en replicació

Cl-CFTR

CFTR DNA

Experiments en cultiuscel.lulars

Cl-

Pulmó de no fumadorPulmó de fumador

Experiments en models animals

AdenovirusADN CFTR

Cl-CFTR

Experiments en models animals

Correcció del transport de clor

Voltaje

Fibrosi Quística - Ad/CFTR

Fibrosi Quística

Normal

CFTR DNA

clorCFTR

Adenovirus

Experiments en humans

Questions

• Quin és l’efecte de l’administració del vector amb el genterapèutic?

- Estimació de la correcció de la malaltia i de la seguretat

• Quin és l’efecte de la dosi? Les dosis altes, són tòxiques?

• Quina és l’estabilitat de la correcció?

Aquests assajos clínics són molt cars (més de 60-80 millions d’euros) i necessiten molt temps (entre 10 i 15 anys)

Fem curta una història llarga: 1996-2010

• S’han desenvolupat molts virus diferents, algunsque infecten molt específicament determinatsórgans.

• S’han identificat molts gens responsables de malalties

• S’han millorat molt les tècniques d’administració i análisi

Primer èxit de la teràpia gènica

Primer éxito de la terapia génica

Estudis de teràpia gènica amb èxit en humans

Malalties tractades per teràpia gènica actualment

Estudis de teràpia gènica en humans segons el pais

Tractaments de problemes d’audició

Adßgal

Tractament de problemes de visió

Intravitreal Injection

Subretinalinjection

http://youtu.be/OQxBqF7xJBI

Tractament per problemes al cervell6

setm

anes

1 6 s

etm

a nes

Tractament per problemes al cervell

brain biopsies

200 µm x 1.0 x 0.5 cm

~5 x 108 particles

GFP expression48-96 h later

CAV-2 transduction: human brain biopsies

CAVGFP

F13SC

TRACTAMENT DEL DOLOR

Adenovirus per infecció de cèl.lules ß pancreàtiques

Necessitat de manteniruns nivells constants de glucosa en sang:

•Producció d’insulina per múscul

•Manipulació del pàncrees

Malaltia de Crohn

Característiques biológiques de la Malaltia de Crohn

• Iniciada per factors ambientals no coneguts

• Individus genéticament predisposats

• Imflamació greu i ulceració de la paret intestinal, sovintasociada a fenòmens imflamatoris generalitzats

• 100% dels pacients necessiten medicació tota la vida

Problemes associats als tractamentsimmunomodulatoris actuals

• L’administració oral/intravenosa només permet que una fracció del fàrmac arribi a l’àrea afectada

• Per obtenir un efecte terapèutic es necesari incrementar la dosi.

• Aquest increment implica complicacions secondàriesgreus que sovint oblliguen a parar el tractament.

Inespecifitat i Complicacions secundàriesadministració sistèmica

Complicacions secòndaries en elstractaments per Crohn

• Corticosteroids: Problemes als ossos, endocrins i de creixement.

• Anticalcineurínics: Hipercolesterolemia, Hipomagnesemia, Hipertricosis

• AcM: Infeccions, limfoma

• FEGM: Tumors?

• Tiopurínics: Complicacions per hipersensibilitat (curt termini) o complicacions hematològiques (larg termini)

• Antimetabòlics: Tumors (?), toxicitat hepàtica, infeccions

Adenovirus quimèrics 5/40

Ad40SAd5 Ad40No infecta intestí

Infecta intestí

Es produeix fàcilment

No es produeix fàcilment

Es coneix molt bé la seva bioseguretat

No es coneix la seva bioseguretat

Producció i Purificació de vectors Ad5/40

First CsCl-gradient Second CsCl-gradient

Biodistribució de l’adenovirus quimèric 5/40

• Ad40S és capaç d’infectar colon (oral i rectal)

0

100

200

300

400

500

600

Esoph

agus

StomachProx

imal Int

estine

Distal

intesti

ne

Colon

INTRAVENOUS ROUTE

RLU

Ad5

Ad40S

Ad40.5

Ad5.40

INTRAVENOUS ROUTE ORAL ROUTE RECTAL ROUTE

0

100

200

300

400

500

600

Esopha

gus

Stomach

Proxim

al Int

estine

Distal

intest

ine

Colon

ORAL ROUTE

RLU

Ad5

Ad40S

Ad40.5

Ad5.40

0

100

200

300

400

500

600

Esopha

gus

Stomach

Proxim

al Int

estine

Distal

intest

ine

Colon

RECTAL ROUTE

RLU

Ad5

Ad40S

Ad40.5

Ad5.40

Ad40S.i.r.

Altres utilitats aplicades molt recentment

• La teràpia gènica també es pot utilitzar per la recerca bàsica i l’estudi de vies metabòliques, o de procesos molt complexes com per eixample el procés de formació de memoria:

Quins són els factors implicats en la creació, magatzematge i recuperació de la memòria?.

• Conèixer la resposta a aquestes preguntes es moltimportant per avançar en la búsqueda de tractamentscontra malalties neurodegeneratives o per a atenuar/evitar la pérdua de memòria durantl’envelliment.

Laboratoris

Col.laboradorsLaboratori de Recerca en Terapia Gènica-2 del CBATEG; (UAB)Dra. Assumpció BoschBelen Garcia Gemma PagésLorena Ariza Judit Homs

Laboratori de Recerca en Terapia Gènica-1 del CBATEG; (UAB)

Unitat de Producción de Vectors Virals de la UniversitatAutònoma de Barcelona

Institut Català de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)

Marta Miralles Dra. Maria OntiverosDan Cots Dra. Susana MiravetMarc García Dr. José PiedraAngela Sanchez Dra. Mercè MonfarAnna Massó Marcos TejeroCristina Penalva Meritxell Puig

Miguel Chillón

Howard Hughes Medical Institute (HHMI), Internal Medicine Department, Medical School, University of Iowa (USA)

Dr. Michael J. WelshDr. Joseph Zabner

Genethon III, France

Dr. Olivier DanosDr. Eric Kremer

IBD net

Dr. Jose Carlos PeralesDr. Miguel Angel GasullDra. Ester Fernandez

University, of Sapporo, Japan

Dr. Hirofumi Hamada

Alguna Pregunta Més (APM)

• Què s’ha de estudiar/fer per ser un científic?

• Qualsevol pot ser científic?

• És real la ciència que es veu a CSI, Parc Juràsic, GATACA, etc, etc?

• Val la pena fer recerca en Ciència i més especialment en Genètica (Teràpia Gènica)?

• Diferències entre cèl.lules mare i teràpia gènica

• Perills de treballar/modificar el genoma d’una persona

Laboratoris

MOLTES GRÀCIES PER LA VOSTRA ATENCIÓ !!!!