Ontwikkeling van stamcel-gentherapie voor Duchenne musculaire dystrofie.

Duchenne spierdystrofie (DMD) is een genetische aandoening, die gekenmerkt
wordt door mutaties in het dystrofine gen. Hierdoor ontbreekt het dystrofine eiwit
in de membranen van de spiervezels in de getroffen patiënten. Dit leidt tot
degeneratie van spiervezels en progressief spierverlies, uiteindelijk resulterend in
aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit. Momenteel is er geen behandeling
beschikbaar die de ziekteprogressie voorkomt of om kan keren. Genetisch
gecorrigeerde stam/progenitor cellen kunnen mogelijk een effectieve
behandeling bieden. De veelgebruikte virale vector technologiën kunnen echter
niet toegepast worden wegens de grootte van de complete dystrofine-coderende
DNA sequentie (CDS; groote: 11.1 Kb), waardoor er geen efficiënte
genoverdracht plaatsvindt.
In deze studie valideerden we een nieuwe stamcel-gebaseerde niet-virale
gentherapie aanpak voor DMD, met behulp van piggyBac (PB) transposons.
Deze plasmide-gebaseerde niet-virale vectoren kunnen het betreffende gen
stabiel integreren in het genoom van de target cellen en zo voor een langdurige
expressie zorgen. Bovendien kan de relatief grote cargo-capaciteit van deze
vectoren een mogelijke beperking van gentherapie met virale vectoren omzeilen.
Daarom hebben we PB transposons gegenereerd die coderen voor de volledige
en de getrunceerde versie van de humane dystrofine CDS. We hebben
aangetoond dat dit systeem stabiele niet-virale genaflevering mogelijk maakt,
met aanhoudende expressie van zowel de intacte als de getrunceerde versies
van dystrofine in muis myoblasten. Vervolgens hebben we de PB transposons,
met daarin de volledige dystrofine CDS, getransfecteerd in dystrofische
mesoangioblasten (MABs). Deze stam/progenitor cellen geassocieerd met
myogene bloedvaten zijn in staat om bloedvaten te doorkruisen en bij te dragen
tot de regeneratie van de dystrofische spieren na intra-arteriële transplantatie.
Het gebruik van MABs is relatief veilig, zoals aangetoond in een recent
afgeronde fase I/II klinische studie, met intra-arteriële infusies van toenemende
dosissen van HLA-gematchte donor-afgeleide MABs in DMD patiënten die met
immunosuppressiva werden behandeld (EudraCTno. 2011-000176-33). In onze
14
studie werden MABs geïsoleerd uit de spieren van een groot diermodel voor
DMD, het Golden Retriever musculaire dystrofie (GRMD) hondemodel. De
genetisch gecorrigeerde GRMD MABs vertoonden stabiele transpositie en
expressie van de intacte humane dystrofine CDS. Om de beperkte
celdelingscapaciteit van MABs te omzeilen, hebben we ook de mogelijkheid
onderzocht om gebruik te maken van MABs gegenereerd uit geïnduceerde
pluripotente stam cellen (iPSCs), namelijk humane iPSC-afgeleide
mesangioblast-achtige cellen (HIDEMs). Deze cellen kunnen geëxpandeerd
worden in cultuur, om zo een potentieel ongelimiteerde voorraad van myogene
progenitoren te bekomen. HIDEMs afkomstig van patiënten getroffen door DMD
werden genetisch gecorrigeerd met PB transposons met de intacte humane
dystofine CDS wat tot stabiele expressie van het dystrofine eiwit leidde. Deze
cellen konden succesvol getransplanteerd worden in de spieren van
immunodeficiënte/dystrofische muizen (scid/mdx) en leidden tot de in vivo
expressie van de PB-gemedieerde volledige humane dystrofine eiwit in het
spiervezelmembraan.
Samengenomen tonen deze resultaten voor het eerst de validiteit van een
niet-virale gentransfer aanpak, gebaseerd op PB transposons, die zorgt voor
stabiele expressie van het intacte humane dystrofine in dystrofische MABs en
DMD patiënt-specifieke iPSC-afgeleide MABs. Deze studie opent nieuwe
mogelijkheden voor de behandeling van DMD op basis van niet-virale
gentherapie met stam/progenitor cellen, waarbij het potentieel van PB
transposons geëxploiteerd wordt om relatief grote therapeutische genen te
transfecteren.