Terapi gen menawarkan potensi untuk mengobati penyakit genetik dengan mengirimkan materi genetik terapeutik ke sel target. Namun, pengiriman gen yang efektif harus mengatasi beberapa hambatan biologis, termasuk pengenalan kekebalan, serapan seluler, perdagangan intraseluler, dan ekspresi muatan terapeutik yang efisien. Oleh karena itu, vektor virus dan non-virus telah dikembangkan untuk mengatasi tantangan ini.
Di antara vektor virus, virus terkait adeno-(AAV) telah menjadi platform penting untuk pengiriman gen in vivo. Vektor AAV dapat mentransduksi sel yang membelah dan tidak membelah serta mendukung ekspresi transgen yang berkelanjutan. Kapsid AAV yang berbeda juga menunjukkan tropisme jaringan yang berbeda, memberikan peluang untuk mengembangkan vektor untuk organ dan tipe sel tertentu.
Namun pendekatan berbasis AAV-memiliki keterbatasan penting. Hal ini mencakup kapasitas pengemasan AAV yang relatif kecil, kekebalan yang sudah ada sebelumnya terhadap beberapa kapsid, respons imun setelah pemberian, dan tantangan yang terkait dengan pencapaian pengiriman yang efisien dan cukup spesifik ke jaringan tertentu. Keterbatasan ini mendorong upaya berkelanjutan untuk meningkatkan desain dan kinerja vektor AAV.
Mengapa NHP Penting dalam Penelitian AAV?
Primata bukan manusia (NHP) dapat memberikan informasi translasi yang berharga selama pengembangan terapi berbasis AAV-karena kesamaannya dengan manusia dalam hal anatomi, fisiologi, genetika, dan biologi kekebalan. Studi NHP dapat digunakan untuk mengevaluasi biodistribusi vektor, transduksi jaringan, ekspresi transgen, aktivitas farmakologis, dan respon imun in vivo.
Yang penting, kinerja kapsid AAV dapat sangat bervariasi antar spesies. Vektor yang menunjukkan tropisme kuat pada hewan pengerat mungkin tidak menunjukkan profil distribusi atau transduksi yang sama pada primata. Oleh karena itu, studi NHP dapat memberikan informasi tambahan ketika menilai apakah vektor AAV memiliki karakteristik yang sesuai untuk pengembangan lebih lanjut.
Mengembangkan Kapsid AAV Baru
Salah satu bidang utama penelitian AAV adalah pengembangan kapsid dengan peningkatan tropisme jaringan dan efisiensi transduksi. Para peneliti telah menggunakan pendekatan seperti evolusi terarah, desain rasional, dan tampilan peptida untuk menghasilkan varian AAV dengan sifat biologis yang berubah.
Pendekatan ini bertujuan untuk meningkatkan pengiriman ke jaringan tertentu, termasuk sistem saraf pusat, hati, jantung, dan retina, sekaligus berpotensi mengurangi distribusi jaringan yang tidak diinginkan atau pengenalan kekebalan. Studi NHP dapat membantu menentukan apakah sifat yang diamati selama-penyaringan tahap awal dapat diterapkan pada model hewan yang lebih besar dan memiliki relevansi fisiologis yang lebih besar dengan manusia.
Jaringan-Ekspresi Gen Spesifik dan Teratur
Kinerja vektor tidak hanya bergantung pada pemilihan kapsid tetapi juga pada bagaimana gen terapeutik diekspresikan setelah melahirkan. Elemen promotor dan pengatur dapat direkayasa untuk mempengaruhi tingkat dan spesifisitas seluler ekspresi transgen.
Promotor spesifik- atau sel-dapat membantu membatasi ekspresi pada sel target yang diinginkan, sementara sistem regulasi yang dapat diinduksi dapat memberikan kontrol tambahan terhadap waktu atau tingkat ekspresi. Strategi ini dapat meningkatkan jangka waktu terapeutik dengan membatasi ekspresi di jaringan non-target.
Studi NHP dapat berguna untuk mengevaluasi distribusi dan spesifisitas ekspresi transgen in vivo, terutama ketika aktivitas promotor dan biologi jaringan berbeda antar spesies.
AAV dan CRISPR-Pengeditan Genom Cas9
Vektor AAV juga dapat digunakan untuk mengirimkan komponen sistem-pengeditan genom seperti CRISPR-Cas9. Daripada hanya menyediakan gen fungsional, pengeditan genom berbasis AAV-bertujuan untuk memodifikasi urutan genom tertentu dalam sel target.
Studi praklinis telah menyelidiki pendekatan pengeditan-genom-yang disampaikan AAV untuk penyakit termasuk distrofi otot Duchenne, hemofilia, kistikfibros, dan kelainan retina bawaan. Studi NHP dapat memberikan informasi penting mengenai efisiensi pengiriman, aktivitas pengeditan, distribusi jaringan, dan respon imun sebelum terjemahan klinis.
Namun, pendekatan CRISPR berbasis AAV-menghadapi tantangan tambahan, termasuk keterbatasan pengemasan vektor AAV, potensi pengeditan di luar-target, respons imun terhadap komponen vektor atau pengeditan protein, dan kebutuhan untuk mencapai efisiensi pengeditan yang memadai pada sel target yang relevan.
Peran Penelitian NHP dalam Pengembangan AAV
Pengembangan vektor AAV semakin memerlukan penilaian terpadu terhadap biologi kapsid, distribusi jaringan, ekspresi transgen, aktivitas farmakologis, dan imunogenisitas. Model NHP dapat melengkapi penelitian in vitro dan hewan pengerat dengan memberikan informasi translasi yang mungkin sulit diperoleh dari model lain.
Spesies NHP yang sesuai, rute pemberian, dosis, strategi pengambilan sampel, dan titik akhir harus ditentukan berdasarkan vektor, jaringan target, mekanisme terapeutik, dan tahap perkembangan. Oleh karena itu, penelitian NHP menjadi paling informatif ketika dimasukkan ke dalam strategi praklinis yang lebih luas yang dirancang untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan pembangunan yang spesifik.
Seiring dengan terus berkembangnya teknologi AAV, kemajuan dalam rekayasa kapsid, elemen regulasi, dan sistem-pengeditan genom dapat memperluas potensi penerapan terapi gen. Studi NHP-yang dirancang dengan baik dapat membantu mengkarakterisasi teknologi ini dan memberikan data translasi penting untuk mendukung pengembangan lebih lanjut.
