Met extra grote vectoren op mini netvliezen
Prof. Dr. Jan Wijnholds en promovendus Rossella Valenzano
Stichting Ushersyndroom financiert een groot deel van het nieuwe onderzoek “Genetic drugs preventing blindness due to loss of USH2A function”, dat onlangs van start is gegaan. Het onderzoeksteam onder leiding van Jan Wijnholds, werkzaam in het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC), gaat 2 behandelmethodieken testen op ‘mini-netvliezen’ gemaakt van menselijke stamcellen. De onderzoekers willen bestuderen of de lichtgevoelige cellen in de mini-netvliezen tot expressie komen na toediening van gentherapie. Kan het USH2a-gen in het netvlies vervangen worden of is het ook mogelijk om het defecte gen ter plekke te repareren?
Gentherapie is veelbelovend en de ontwikkelingen op dit vlak gaan erg snel. Het is een behandelmethode voor erfelijke aandoeningen waarbij gezonde kopieën van genen waarin bij patiënten foutjes (= mutaties) zijn gevonden, worden vervangen of worden gerepareerd in de cellen van een orgaan.
Uit onderzoek blijkt dat de retina (het netvlies) na gentherapie normale verbindingen met andere cellen kan maken waardoor er weer lichtrespons kan ontstaat. Na afgifte van een gezonde kopie van het gen of reparatie van het gen, maakt het netvlies de eiwitten aan die nodig zijn om goed te kunnen zien. Met gentherapie behandel je het hele gen zodat het niet uitmaakt welke soort mutaties je hebt.
Transportmiddel voor het grote USH2A-gen
Bij gentherapie wordt met behulp van een moleculaire vrachtwagen oftewel een transportmiddel een gezonde kopie van het gen op een specifieke plaats in het netvlies van het oog afgeleverd.
Dit gebeurt doorgaans door middel van een virus dat eerst onschadelijk is gemaakt zodat er een vector overblijft, een soort ‘verpakking’. De meest gebruikte vector is de adeno-geassocieerde virale vector (AAV).
Er is echter wel een probleem. Het USH2A-gen is veel te groot voor een normale AAV-vector, dus moet er gezocht worden naar een ander alternatief om de grote gezonde kopie van het USH2A-gen te kunnen afleveren in het oog van een patiënt.
Grote vrachtwagens als vector
Al eerder hebben de onderzoekers in het lab van Jan Wijnholds in het LUMC in samenwerking met dr Manuel A.F.V Gonçalves (afdeling Chemische Cel Biologie) nieuwe vectoren ontwikkeld waarin zeer grote genen in passen, de zogenaamde Hoge capaciteit Adenovirale Vectoren (HcAdV). Het grote USH2A-gen past in zijn geheel in deze vector. Daardoor kan deze vector als moleculaire vrachtwagen dienen en als vector gebruikt worden voor gentherapie.
Mini-netvliezen
In het onderzoeksproject “Genetic drugs preventing blindness due to USH2A function” wordt gebruik gemaakt van humane mutante USH2A iPSC-netvlies organoids om verschillende nieuwe hoge-DNA capaciteit gentherapie vectoren op uit te testen. Deze USH2A-‘organoids’ zijn ‘mini-netvliezen’ die gemaakt zijn van cellijnen afkomstig van USH2A-patiënten.
Deze ‘mini-netvliezen’ worden gebruikt, omdat daarmee het effect van verlies van USH2A-eiwit (Usherin) in het cilium van de fotoreceptor bestudeerd kan worden. Het cilium zorgt voor het transport van de essentiële eiwitten in het netvlies. Deze ‘organoids’, gemaakt van cellijnen van patiënten, zouden in de toekomst ook gebruikt worden voor het testen van gentherapie voor netvliesaandoeningen als gevolg van mutaties in andere Usher-genen..
Gen vervangen en/of gen bewerken
In het onderzoeksproject van Jan Wijnholds worden twee 2 vormen van gentherapie getest op de ‘mini-netvliezen’. Het eerste type kandidaat-therapie is een HcAdV-vector met een gezonde kopie van het USH2A-gen dat, na afgifte, het defecte USH2A-gen in het netvlies vervangt. Dit noemen we gen-vervangingstherapie (gene replacement therapy). De gezonde kopie van het gen moet het gen tot expressie brengen in de fotoreceptoren van de ‘mini netvliezen’, de “organoids”.
Het tweede type kandidaat-therapie is een HcAdV-vector dat ‘een reparatieset’ bevat en na afgifte in het netvlies, de reparatie uitvoert van het defecte USH2A-gen in het oog zelf. Dit wordt ook wel genbewerkingstherapie of “gene-editing therapy” genoemd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van CRISPR-Cas9. CRISPR zijn stukjes DNA met codes dat het defecte gen kan opsporen. Het Cas9 is een enzym dat het defecte gen ertussenuit ‘knipt’ en een nieuw gezond stukje DNA erin ‘plakt’.
Zowel de CRISPR en Cas9 worden in een cassette vervoerd en door middel van een HcAdV-vector afgegeven in het netvlies. Het USH2A-gen wordt bewerkt en gerepareerd op de plaats van bestemming.
Belofte voor grote groepen patiënten
Beide technologieën voor gentherapeutische toepassing zijn niet afhankelijk van de soort mutaties in het USH2A-gen. Als blijkt dat het USH2A-gen dankzij 1 of beide technieken tot expressie in de lichtgevoelige cellen van de mini-netvliezen komt, kan de behandeling beschikbaar komen voor alle patiënten met USH2A. Wanneer er meer geld beschikbaar komt voor onderzoek voor deze twee technieken dan zou het onderzoeksteam van Jan Wijnholds deze ook kunnen testen op andere Usher-genen en mogelijk ook voor patiënten met mutaties in andere Usher-genen dan USH2A een oplossing kunnen zijn.
De missie van Stichting Ushersyndroom
Annouk van Nunen, secretaris van Stichting Ushersyndroom, is erg blij met de start van dit onderzoek. Stichting Ushersyndroom heeft als missie “In 2025 is Ushersyndroom behandelbaar!”. Annouk: “ Wij willen dat er voor alle patiënten in 2025 een reëel uitzicht is op een behandeling dat de verdere achteruitgang van hun gehoor- en zicht kan afremmen, stopzetten of zelfs kan herstellen”.
Voor de wetenschappers ligt nu de grote uitdaging om meerdere onderzoekswegen te bewandelen om uiteindelijk voor alle mensen met Ushersyndroom een behandeling te ontwikkelen. Stichting Ushersyndroom stimuleert daarom zoveel mogelijk onderzoekslijnen, zodat voor mensen met Ushersyndroom hun droom werkelijkheid kan worden. “Het is fantastisch dat er in Nederland zoveel onderzoek wordt gedaan naar Ushersyndroom. Dit type onderzoek is hoopvol voor alle USH2A-patiënten. Maar kan als het werkt ook een oplossing zijn voor patiënten met mutaties in andere Usher-genen, Annouk van Nunen.
Dit vier jaar durende onderzoek dat in november van start is gegaan, is begroot op € 250.000,-.
Stichting Ushersyndroom draagt voor € 85.000,- bij aan dit onderzoek.
Andere fondsen die hebben bijgedragen zijn: Rotterdamse Stichting Blindenbelangen, LSBS, Stichting Blindenhulp en deels eigen bijdrage door LUMC afdeling Oogheelkunde.