Behandling af monogene sygdomme ved viral transduktion af hæmatopoietiske stamceller

En række klinisk forskellige sygdomme skyldes mangelfuld ekspression af et essentielt gen udtrykt i blodceller. Svær kombineret immundefekt (SCID) er ofte letal inden for få levemåneder, mens f.eks. talassæmi medfører betydelig morbiditet og forkortet levetid [1]. Allogen hæmatopoietisk stamcelletransplantation (alloHSCT) er guldstandardenved SCID [2], idet patienterne bliver i stand til livslangt at danne raske T-lymfocytter. AlloHSCT indebærer en risiko for transplantationsrelateret sygdom og evt. død, især pga. graft versus host disease, hvorfor ex vivo-genmanipulation af autologe blodceller (hæmatopoietiske stamceller/genterapi (HSC/GT)) mhp. korrigeret proteinekspression har været genstand for intens forskning siden de første humane studier i 1990’erne, initialt ved adenosindeaminasedefekt-SCID (ADA-SCID) [3] og siden X-linked-SCID (SCID-X1) [4]. Behandlingen, hvor man benyttede førstegenerations-gamma-retrovirale vektorer var effektiv, idet patienterne opnåede T-celleimmunitet, men programmerne blev stoppet pga. de novo-T-celle akut lymfoblastisk leukæmi hos fem ud af 20 patienter [5, 6]. Tilsvarende høj incidens af leukæmi fandtes i andre GT-serier [7]. Forbedrede gammavektorer og udvikling af lentivirale vektorer har medført højere transduktionseffektivitet og lavere leukæmirisiko, mens forbehandling (konditionering) med alkylerende stoffer sikrer bedre engraftment og proliferation af effektorceller. I 2016 blev Strimvelis godkendt af European Medicines Agency(EMA) som det første ex vivo-transducerede lægemiddel (ADA-SCID) (Figur 1). Siden da har cellebaseret GT fået et gennembrud med chimeric antigen receptor T-cell-behandling, hvor patientens egne T-celler genmodificeres til at angribe tumorceller [9, 10]. I disse år udvikles der mange nye lægemidler, som er baseret på GT, inklusive korrektion af medfødte patogene genvarianter i blodstamceller, og formålet med denne artikel er at formidle de overordnede kliniske aspekter ved denne type GT.

TRANSDUKTION

Ved GT med HSC overføres det raske gen vha. en lentoviral vektor (Figur 2). På hver side af det korrigerede gen findes en long terminal repeat (LTR)-sekvens, som er nødvendig, for at det raske gen kan blive indsat i stamcellens DNA mhp. varig ekspression. Viruspartikler med det korrigerede gen blandes herefter med patientens HSC, hvorved det raske gen indføres et tilfældigt sted i stamcellens DNA og nedarves til efterfølgende generationer af celler, der herved bliver i stand til at producere det korrigerede genprodukt [11].

I de lentivirale vektorer der bruges i dag, er 3’ LTR muteret for at hindre uønsket genaktivering ved insertionel promoteraktivitet i modsætning til de gammaretrovirale vektorer, der anvendtes i de tidlige studier med høj forekomst af leukæmi [5, 12]. Nyere teknikker heriblandt geneditering, hvis formål er at reparere den sygdomsfremkaldende genvariant, har stort potentiale. Et eksempel er CRISPR/Cas9-teknologien, hvor en eller få baser kan korrigeres, uden at genets regulatoriske kontekst berøres. Prækliniske forsøg har vist lovende resultater, og de første kliniske protokoller afventes [13-15].

INDIKATIONER

Et stigende antal sygdomme forventes at være tilgængelige for HSC/GT i de kommende år (Tabel 1).

Hæmoglobinopatier

På verdensplan fødes der årligt > 300.000 børn med alvorlig hæmoglobinopati såsom seglcelleanæmi (SCD) og transfusionskrævende β-talassæmi (TDT) [21]. Begge er recessivt nedarvede sygdomme i β-globingenet. TDT skyldes utilstrækkelig mængde β-globin, hvilket medfører anæmi fra tidlig barndom, mens SCD skyldes en bestemt aminosyresubstitution, som bevirker polymerisering af hæmoglobin, dannelse af seglceller og smertefulde vasookklusioner. Ubehandlet er begge sygdomme dødelige i barndommen, men støttebehandling i form af bl.a. transfusioner og jernkelering kan – dog ofte med talrige komplikationer og nedsat livskvalitet – forlænge livslængden med flere årtier [22]. Hidtil var alloHSCT den eneste kurative behandling.

Betibeglogen autotemcel er den første EMA-godkendte GT til β-talassæmi, og ansøgning om start på behandlingen i Danmark forventes at blive behandlet i Medicinrådet i løbet af 2020. Betibeglogen autotemcel består af patientens egne HSC, der via et lentivirus er transduceret med raskt β-globin, hvorved > 80% af patienterne forventes at blive transfusionsfri [11]. Andre GT’er er i pipelinen, bl.a. lentivira med β-globin samt CRIPSR/CAS9-baseret knockout af BCL11A, hvilket reinducerer føtalt gamma-globin som erstatning for β-globin. Ovennævnte GT’er testes også til behandling af seglcelleanæmi, hvor rask β-globin eller gamma-globin effektivt hindrer polymerisering af seglcellehæmoglobin og derved funktionelt kurerer patienterne.

PRIMÆR IMMUNDEFEKT

Primær immundefekt (PID) inkluderer en heterogen gruppe af oftest monogene sygdomme, der ud over SCID omfatter > 300 sygdomsenheder med varierende grad af immundefekt. Over 150 patienter med PID (primært SCID) er til dato behandlet med HSC/GT. De hidtil bedste resultater er opnået med lentivirale vektorer og konditionering med reduceret intensitet. Der er for nuværende åbne protokoller for en række sygdomme, mens andre endnu er i prækliniske faser (Tabel 1).

Adenosindeaminasedefekt-svær kombineret immundefekt

Ved ADA-SCID medfører akkumulation af toksiske metabolitter letal lymfopeni og i variabel grad anden organskade. Der rapporteres om 100% overlevelse og permanent engraftment af genetisk korrigerede celler hos > 75% efter nonmyeloablativ konditionering (busulfan) [15, 16]. Derudover er det rapporteret, at pegademase bovin (PEG)-ADA temporært efter HSC/GT kan forbedre det immunologiske mikromiljø for det korrigerede produkt, ligesom PEG-ADA anvendes som bridging inden HSC/GT [15, 16].

X-linked svær kombineret immundefekt

Ved SCID-X1 medføreren patogen variant i IL2RG defekt ekspression af common gamma chain, hvilket fører til mangel på T- og natural killer-celler. HSC/GT med lentiviral vektor medførte effektiv T-cellerekonstitution, ophør af infektioner med få akutte bivirkninger hos otte ud af otte patienter, og uden at de fik leukæmogenese, dog med kort opfølgningstid [17].

Kronisk granulomatøs sygdom

Kronisk granulomatøs sygdom (CGD) er forårsaget af en variant i et af fem kendte gener og medfører defekt neutrocytmedieret fagocytose. Partiel korrektion af genet anses for at være sufficient, og hos seks ud af syv patienter kunne der i en nyligt publiceret serie opnås korrektion af fagocytosedefekten, mens to patienter døde pga. infektioner inden rekonstitution af de korrigerede HSC. Konditionering med myeloablative doser af busulfan er formentlig nødvendigt [18].

Wiskott-Aldrichs syndrom

Wiskott-Aldrichs syndrom er forårsaget af en variant i det X-bundne WAS-gen og er karakteriseret ved autoimmunitet, blødning pga. mikrotrombocytopeni og øget malignitetsrisiko. Mere end 20 patienter er behandlet med lentivirale vektorer forudgået af nonmyeloablativ konditionering, hvilket har resulteret i stabil engraftment af korrigerede celler og T-cellerekonstitution med regression af autoimmunitet, men fortsat risiko for trombocytopeni [7, 8].

METABOLISKE SYGDOMME

Inborn errors i lysosomer og peroxisomale enzymer fører til en række heterogene sygdomme, som er karakteriseret ved ophobning af celletoksisk materiale, hvilket medfører organskade, herunder ofte svær affektion af centralnervesystemet (CNS). Enzymerstatningsterapi eller alloHSCT er aktuelle behandlingstilbud ved tidlig diagnose. Langsomt og utilstrækkeligt respons begrænser imidlertid de nuværende behandlingsmodaliteter især over for progredierende CNS-skade. HSC/GT har vist sig at være effektiv og sikker ved en del af disse sygdomme primært i prækliniske modeller, men også i humane studier [19]. Protokoller med lentiviral vektor har vist lovende resultater ved mukopolysakkaridose type 1, metakromatisk leukodystrofi (MLD) og X-bunden adrenoleukodystrofi med en formentlig fordelagtig overekspression af det modificerede gen [19, 20, 24]. En udfordring ved de neurodegenerative sygdomme er den ringe permeabilitet af blod-hjerne-barrieren for de GT-modificerede stamceller, hvilket kan forsøges imødekommet ved intratekal injektion af genproduktet ved bl.a. MLD [19].

PATIENTFLOW OG BEHANDLING

Behandling med HSC/GT for hæmoglobinopatier, PID og metaboliske sygdomme er i skrivende stund planlagt centraliseret på Rigshospitalet og forankret i enhederne for alloHSCT. Patienter med indikation for HSC/GT identificeres på regionale afdelinger og henvises til visitationsudvalget, hvor endelig vurdering afgør patienternes egnethed til at gennemgå behandlingen (Figur 3). Behandlingsforløbet indledes med høst af patientens egne mobiliserede HSC ved en leukaferese og efterfølgende genmodifikation som beskrevet ovenfor, en proces der tager 4-6 uger. Leukaferesen gennemføres på et afereseinstrument, hvor blod via et venekateter trækkes fra patienten til en centrifuge, cellerne separeres, og primært de mononukleære celler inkl. stamceller opsamles, mens resten af blodet returneres til patienten. Det høstede produkt sendes ubehandlet videre til genmodificering, oftest i udlandet, og det færdige produkt modtages som et lægemiddel og opbevares ved –196 °C, indtil patienten er klar til reinfusion. Eftersom det færdige produkt er genmodificeret (GMO), er der en række regulatoriske forhold, der skal sikres at være opfyldt under Arbejdstilsynets opsyn.

For at forebygge afstødning af de genmodificerede celler forbehandles patienterne med alkylerende kemoterapi (ofte busulfan) 4-7 dage forud for reinfusion. Dosis vil afhængigt af grundsygdom være myeloablativ eller nonmyeloablativ. Patienterne vil under behandlingen enten være indlagt (fortrinsvis børn < 18 år) eller blive fulgt tæt med daglige ambulante kontroller, indtil knoglemarvsfunktionen er reetableret efter 2-4 uger. Akutte bivirkninger i forbindelse med kemoterapi såsom hårtab, opkastninger, knoglemarvspåvirkning og i begrænset omfang venookklusiv sygdom vil være forventelige, sidstnævnte især ved myeloablativ dosis af busulfan [11]. Langtidsfølger vil ligeledes forventeligt skyldes kemoterapien snarere endGT-produktet. Behandlingsrelateret mortalitet (TRM) på 3-5% og senfølger efter busulfanbehandling i form af alopeci, sekundær malignitet, gonadal hypofunktion/infertilitet og endokrinopatier kendes fra kombination med anden alkylerende behandling ved autolog HSCT [25-27]. Trods hidtil sparsomme data forventes der lavere TRM efter HSC/GT pga. lavere kemoterapidoser og medianalder samt mindre komorbiditet end ved autolog HSCT. Langtidsopfølgning i minimum 15 år efter GT er et myndighedskrav pga. risiko for malignitet og transformation af virusvektor.

AFRUNDING

Klinisk implementering af HSC/GT er yderst kompleks pga. samtidig involvering af mange tværgående specialer og høje myndighedskrav. Mens vanlige celleprodukter til HSCT reguleres under vævsloven, klassificeres cellulære GMO-produkter som lægemidler, såkaldt advanced therapy medicinal products og reguleres under lægemiddelloven. Donation, udtagning og testning af leukafereseproduktet reguleres dog af vævsloven. Det genmodificerede produkt som markedsført lægemiddel skal modtages, opbevares og udleveres under Apotekets regler for god fremstillingspraksis og god distributionspraksis. Opbevaringstank og sengestuer mv. skal særligt mærkes og godkendes af Arbejdstilsynet.

Før Medicinrådet kan behandle en ansøgning om ny EMA-godkendt GT, skal der være godkendt mindst ét dansk behandlingscenter. Denne godkendelsesproces er ressourcekrævende og mangler standardisering, hvorfor teknisk ensartede behandlinger indtil videre skal godkendes hver for sig. Processen forudsætter et tæt samarbejde mellem den kliniske afdeling, stamcellelaboratoriet og apoteket, der alle skal akkrediteres til formålet. Der er således store ressourcer forbundet med implementeringen af HSC/GT, der fordrer en bred og helst gennemarbejdet organisationsstruktur [28]. Priserne for de enkelte GT-produkter forventes at være høje, hvilket skal sammenholdes med udgifter til livslang behandling med eksempelvis blodtransfusion, kelerende lægemidler eller alloHSCT og mulige senfølger hertil. I et engelsk studie fandt man, økonomien ved HSC/GT var bedre end ved alloHSCT [29]; forhold, der ligeledes ventes fulgt tæt i dansk kontekst når behandlingen er implementeret.

KORRESPONDANCE: Marianne Segelcke Ifversen. E-mail: Marianne.Ifversen@regionh.dk
ANTAGET: 8. september 2020
PUBLICERET PÅ UGESKRIFTET.DK: 9. november 2020
INTERESSEKONFLIKTER: Forfatternes ICMJE-formularer er tilgængelige sammen med artiklen på Ugeskriftet.dk
LITTERATUR: Findes i artiklen publiceret på Ugeskriftet.dk