生体内肺編集に新たな命を吹き込む

世界で初めて鎌状赤血球症とβサラセミアの治療薬として承認されたCasgevyは、体外療法です。造血幹細胞を患者から分離し、編集し、品質管理した後、患者が化学療法を受けた後に体内に戻します。体外療法では、標的細胞を分離して安全に体内に戻すことができるため、これらの疾患を治療できます。しかし、肺など、ほとんどの組織ではこれが不可能です。CRISPR療法の継続的な成功は、標的組織内でCRISPRが体内で編集できるようにする効率的で安全な送達システムの開発にかかっています。 科学 サン氏らの研究により、マウスの肺にCRISPRベースエディターを送達することで、生体内領域における重要な前進が可能となり、嚢胞性線維症の治療に新たな道が開かれた。¹。

規制当局の承認を得た遺伝子治療の最初の波は、アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターを送達に使用した。²これらのタンパク質シェルには約4.8kbのDNAが含まれており、高い感染性と長期的な遺伝子発現を示し、肝臓、肺、中枢神経系など、体内の特定の組織を自然に標的とします。しかし、遺伝子治療にAAVを使用した初期の臨床試験では、用量制限肝毒性が示されました。³Cas9 の長期発現はゲノム統合やオフターゲット活動につながる可能性もあります。また、CRISPR コンポーネントは大きくなる可能性があり、AAV が運ぶことができるものには制限があります。

AAVの代替として、ウイルス様粒子（VLP）と呼ばれるウイルスタンパク質の集合体があります。これはリボ核タンパク質を含み、細胞に感染しますが、ウイルスの遺伝物質がないため、ウイルスゲノムの統合のリスクを回避できます。異なるエンベロープ糖タンパク質を含むエンジニアリングVLP（eVLP）は、Cas9、CRISPRベースエディターを送達することが示されています。⁴ そして一流編集者⁵ 脳、肝臓、網膜などの臓器にeVLPを投与する研究が進行中です。Nvelop Therapeuticsは2022年に設立され、肺を標的とするかどうかは不明ですが、eVLPをより多くの組織に投与する研究を継続することを目指しています。

3 つ目の送達方法は、人工脂質ナノ粒子 (LNP) です。これはウイルスベクターの技術的制限を回避します。より大きな貨物を収容でき、免疫原性が低くなります。LNP は通常、イオン化脂質、ヘルパー脂質、ポリエチレングリコール脂質、コレステロールで構成され、これらの成分の比率が粒子のサイズ、形状、電荷、安定性に影響します。COVID mRNA ワクチンは、繰り返し投与することで LNP が安全で効果的であることを証明しました。LNP には独自の制限があります。トランスフェクション効率は AAV よりも低く、静脈注射すると肝臓に隔離されて蓄積されます。

LNP の自然な肝臓標的化を利用する有望な臨床試験がある一方で、体内の他の細胞タイプを標的とすることは困難であることが証明されています。肺を標的とする最も早い方法は吸入であり、遺伝子治療も例外ではありません。ただし、送達媒体は粘液分泌物、しっかりと結合した上皮細胞、およびその他の要因で構成された障壁を迂回して、上皮基部にある標的幹細胞に到達する必要があります。気道腔内の常在マクロファージは送達をさらに困難にし、肺上皮細胞には異物を捕捉して除去するのに役立つ振動繊毛が含まれています。

最近発表された研究によると、 ネイチャーバイオテクノロジー LNP製剤中の720種類の新しい脂質を試験し、特定のカチオン性LNP脂質が気管内投与後の肺におけるLNPのトランスフェクション効率を高める可能性があることを示した。⁶この研究では、LNP は繰り返し投与が可能で、遺伝子編集の効率をさらに向上させることも示されました。これは、ウイルスベクターと比較して大きな利点です。LNP の吸入は肺上皮への送達の最も速い経路である可能性がありますが、嚢胞性線維症などの多くの疾患では、肺の粘液層が厚く粘着性があり、効果的な薬剤送達を妨げます。嚢胞性線維症の遺伝子治療に関する 27 件を超える臨床試験は、上皮バリアを通過できませんでした。

サンと同僚 科学 粘液バリアを完全に回避し、静脈内に投与されるLNPを用いた遺伝子治療を開発した。LNP製剤は、eVLPと同様に、特定の臓器を標的とするために膜を最適化している。⁷この場合、粒子はビトロネクチンに非常に富んだタンパク質コロナによって肺に標的化される。¹、肺細胞に多く発現している受容体です。体の他の部分全体でこの受容体を発現している細胞は4%未満であるため、オフターゲット効果は最小限に抑えられます。研究者らは、SORT LNP送達システムを使用して、嚢胞性線維症のマウスモデルにCRISPRベースエディターを送達し、1回の治療で肺幹細胞の標的病原性変異を修正し、嚢胞性線維症膜貫通制御因子（CFTR）機能を回復しました。編集は、幹細胞が分化して成熟する間、22か月間維持されました。この研究はマウスでのみ実施されましたが、ReCode TherapeuticsはIntellia Therapeuticsと協力して、SORT LNPシステムを臨床で前進させています。

今日、嚢胞性線維症の患者は20年前に比べて肺機能が改善し、寿命が延びています。これは嚢胞性線維症患者の90%が、 CFTR 変異タンパク質の機能性を高め、調整する低分子薬によく反応します。Vertex Pharmaceuticals は、これらの低分子薬の開発により 2024 年の生命科学ブレークスルー賞を受賞しており、現在広く承認されている 3 剤併用療法である Trikafta (エレキサカフター/テザカフター/イバカフター) よりも優れていることが最近示された 3 剤併用 CFTR 調節薬療法の承認を申請中です。抗生物質、抗炎症薬、粘液希釈剤など、病気の症状を緩和する他の治療法もあります。

それでも、他の疾患を持つ人の10％は CFTR 遺伝子編集療法は、これらの薬剤では改善されない。これらの稀な変異のいくつかは、効率的な標的送達が可能であれば、塩基編集またはプライム編集技術を使用して修正できる可能性がある。CRISPR療法は、1日2回の投与が必要なTrikaftaとは異なり、1回投与の治療となる。ヒトで効果があることが証明されれば、遺伝子編集療法は間違いなく高額になる（Casgevyの価格は220万ドル）。Trikaftaは米国で年間約30万ドルかかるが、その多くは保険でカバーされ、患者は平均して年間1,700ドルを支払っている。嚢胞性線維症の症状を緩和する他の薬剤はより手頃な価格であり、これらの治療法は低所得国の患者にとって主な選択肢となっている。

Vertex社は、この10%の患者に対する代替療法の開発も検討しており、Moderna社と共同で、全長のmRNAを投与する吸入mRNA療法の初期段階の臨床試験を開始した。 CFTR 肺の細胞に直接mRNAを注入する方法もLNPを使用しています。Arcturus Therapeutics社も同様の第1相試験を進行中です。どちらの治療法も完全な遺伝子矯正にはなりませんが、患者の視点からすると選択肢が多ければ多いほど良いのです。