Fibrosi cistica farmaci bersaglio non valido proteine alla radice della malattia

nel corso di due decenni impiegato per lo sviluppo di trattamenti per la genetica malattia polmonare, la fibrosi cistica, biologo Federico Van Goor ha avuto centinaia di conversazioni con i pazienti. Ma ne ricorda uno in particolare.,

La discussione riguardava la genetica della fibrosi cistica, una malattia che si sviluppa quando una persona eredita due copie difettose del gene del regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica (CFTR). Questo gene codifica la proteina CFTR, che risiede nella membrana cellulare e trasporta gli ioni cloruro e bicarbonato fuori dalla cellula. Più di 2.000 varianti di CFTR sono state identificate e più di 350 di loro sono conosciute per produrre abbastanza interruzione nella funzione della proteina per innescare lo stato debilitante e di vita-accorciamento.,

Al centro della conversazione sono state le inevitabili disuguaglianze della medicina personalizzata, che può essere altamente efficace per le persone che soddisfano determinati criteri, ma lasceranno indietro gli altri — come nel caso di questo paziente. ” Lo ha descritto come su una nave che affonda, quando tutte le altre scialuppe di salvataggio sono partite”, ricorda Van Goor. “Quell’immagine mi è rimasta impressa.”

Van Goor, il capo della ricerca sulla fibrosi cistica presso Vertex Pharmaceuticals a San Diego, in California, ha avuto un ruolo importante nella costruzione della più grande scialuppa di salvataggio per la fibrosi cistica: il farmaco combinato di successo Trikafta., Il farmaco ha raggiunto vendite di US million 420 milioni nelle prime 10 settimane dopo il suo lancio alla fine del 2019, superando di gran lunga le aspettative.

“Penso che abbia fatto una grande differenza”, afferma Martina Gentzsch, una biologa molecolare che studia CFTR presso l’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill. “Il successo nella clinica giustifica davvero che questo è un trattamento assolutamente eccezionale.”Trikafta è indicato per le persone con fibrosi cistica che portano almeno una copia di una mutazione nota come F508del., Questa è la mutazione della fibrosi cistica più comune, presente in più dell ‘ 80% delle oltre 90.000 persone con fibrosi cistica in tutto il mondo.

L’avvento di terapie per la fibrosi cistica che mirano a specifiche mutazioni CFTR ha rimodellato la comprensione degli scienziati di come raggruppare le mutazioni incredibilmente diverse in classi e ha stimolato lo sviluppo di approcci per testare l’efficacia dei farmaci. E ‘ anche ispirando gli sforzi per trovare trattamenti per quei pazienti che sono stati lasciati alle spalle — per espandere la flotta di scialuppe di salvataggio.,

Lavoro metodico

Due decenni fa, le uniche terapie per la fibrosi cistica trattavano i sintomi della malattia, come la terapia fisica per eliminare il muco dai polmoni e gli antibiotici per trattare le infezioni. La Fondazione per la fibrosi Cistica, un’organizzazione senza scopo di lucro con sede a Bethesda, nel Maryland, ha voluto incoraggiare lo sviluppo di trattamenti mirati alla causa sottostante della malattia., La fondazione ha stretto un accordo con Aurora Biosciences, una società di San Diego specializzata in screening ad alto rendimento, per cercare composti che potrebbero migliorare la funzione delle proteine difettose prodotte da geni CFTR difettosi. Quando Vertex Pharmaceuticals, che ha sede a Boston, Massachusetts, ha acquistato la società nel 2001, ha mantenuto il programma in corso, aggiungendo la propria esperienza nella sintesi di molecole per espandere la ricerca di quelli che sono noti come modulatori CFTR.

Dal punto di vista di oggi, l’approccio sembra “un gioco da ragazzi”, dice Van Goor., Ma ricorda che all’epoca, il programma per la fibrosi cistica era conosciuto internamente come “the fantasy project”. Nessuno sapeva se sarebbe stato possibile trovare una molecola per invertire gli effetti di una particolare mutazione sulla funzione proteica, perché non era mai stato fatto prima, per qualsiasi malattia.

Van Goor racconta la storia come un lavoro metodico che si traduce in un progresso costante e incrementale, anche se non lungo un percorso completamente semplice., Il team sapeva che voleva un trattamento che potesse salvare la funzione di F508del CFTR, perché ciò avrebbe aiutato il più grande gruppo di persone con fibrosi cistica. Ma F508del è un obiettivo complicato.

Diverse mutazioni CFTR hanno effetti diversi. Alcuni impediscono la sintesi di qualsiasi proteina o provocano troppo poca proteina; altri producono una proteina che non lo fa mai al suo posto corretto nella membrana cellulare, non funziona efficacemente quando arriva o non rimane lì per tutto il tempo che dovrebbe. Diverse categorie di farmaci CFTR-modulatore mirano a questi diversi problemi., Inoltre, gli scienziati si stanno rendendo sempre più conto che molte mutazioni provocano molteplici categorie di disfunzioni.

In caso di F508del, la perdita di un singolo amminoacido circa un terzo del cammino lungo la proteina CFTR porta a due difetti: la proteina risultante ha difficoltà a fare la sua strada verso la membrana cellulare, e le poche copie della proteina che arrivarci non funzionano molto bene, perché la parte della proteina che forma un canale attraverso la membrana cellulare non aprire e chiudere correttamente.,

Quindi il team di Vertex sapeva che avrebbe avuto bisogno di una combinazione di almeno due farmaci: un correttore per aiutare a stabilizzare la proteina mutante F508del e pastorizzarla sulla superficie cellulare, e un potenziatore per aiutarla a funzionare una volta arrivato lì.,

I ricercatori hanno finito per risolvere prima il secondo problema: hanno identificato un potenziatore, soprannominato ivacaftor, che aiuta il canale nella proteina CFTR a rimanere aperto. Da solo, la molecola non sarebbe sufficiente per ripristinare la funzione di F508del CFTR. Ma potrebbe fare la differenza per le persone con una mutazione nota come G551D, che riguarda solo l’apertura e la chiusura del canale della membrana.,

Nel 2012, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti e l’Agenzia europea dei medicinali hanno approvato ivacaftor, venduto con il nome commerciale Kalydeco, per le persone con fibrosi cistica che hanno almeno una copia di G551D. G551D rappresenta poco più del 2% di tutti gli alleli di fibrosi cistica, o forme del gene CFTR. Eppure, qui era la prova che il’ progetto di fantasia ‘ potrebbe produrre risultati nella realtà.

Mixing and matching

Successivamente, il team ha rivolto la sua attenzione ai correttori., I ricercatori hanno identificato un candidato promettente, lumacaftor, che potrebbe agire insieme a ivacaftor per migliorare la funzione di F508del CFTR. Questa terapia combinata, chiamata Orkambi, è stata approvata nel 2015 per le persone che hanno due copie della mutazione F508del — circa il 42% delle persone con fibrosi cistica in tutto il mondo. Un correttore migliorato, tezacaftor, è stato poi combinato con il potenziatore ivacaftor e approvato nel 2018 con il marchio Symdeko per la stessa popolazione, così come per quelli con una copia di F508del più una qualsiasi delle altre 17 mutazioni sul secondo allele CFTR., Infine, per produrre Trikafta, il team Vertex ha aggiunto un secondo correttore, elexacaftor, ai due farmaci che componevano Symdeko.

I due correttori in Trikafta lavorano su diverse parti della proteina CFTR e insieme hanno un effetto sinergico. La combinazione è così efficace nel migliorare la funzione di F508del CFTR che può beneficiare chiunque porti solo una copia della mutazione F508del, indipendentemente da quale mutazione portano sull’altro allele-lasciando un altro grande gruppo di persone nella scialuppa di salvataggio.

“È molto promettente., Non c’è dubbio”, afferma il biologo molecolare Gergely Lukacs. Ma Lukacs, che studia la funzione CFTR presso la McGill University di Montreal, in Canada, avverte che i benefici a lungo termine di Trikafta non sono ancora chiari e afferma che l’esperienza passata suggerisce che le aspettative dovrebbero essere mantenute modeste fino a quando non saranno stati accumulati più dati del mondo reale. Ad esempio, Kalydeco ha mostrato effetti iniziali drammatici nelle persone con mutazioni G551D, ma si è dimostrato incapace di fermare il declino della funzione polmonare a lungo termine — forse a causa di danni polmonari preesistenti. Qualcosa di simile potrebbe verificarsi con Trikafta., ” Dobbiamo aspettare e vedere”, dice Lukacs.

Vertex sta attualmente conducendo studi clinici su Trikafta in partecipanti più giovani (l’approvazione iniziale è per persone di età pari o superiore a 12 anni), come ha fatto con i suoi precedenti farmaci per la fibrosi cistica. L’obiettivo finale dell’azienda è quello di avere una serie di terapie che potrebbero essere avviate nei neonati subito dopo la diagnosi — e quindi, si spera, prevenire il danno polmonare da prendere piede e migliorare i risultati a lungo termine.,

La società prevede di mantenere i suoi altri farmaci per la fibrosi cistica sul mercato, anche se si aspetta che la maggior parte dei pazienti alla fine passerà a Trikafta a causa della sua potenzialmente maggiore efficacia. Il team di Vertex sta anche continuando a testare ulteriori molecole che potrebbero diventare componenti di farmaci combinati migliorati in futuro. Una nuova versione di ivacaftor è in studi clinici di fase II, così come una potenziale molecola correttore.

Né Vertex è l’unica azienda a caccia di questi farmaci., L’azienda farmaceutica AbbVie di Chicago, Illinois, sta testando potenziatori multipli e correttori in studi clinici di fase I e II. Flatley Discovery Lab e Proteostasis Therapeutics, entrambi a Boston, hanno ciascuno un potenziatore e un correttore negli studi sull’uomo.

Come correttori proliferano, capire quale parte della proteina CFTR ogni correttore agisce su sarà sempre più importante, dice Lukacs. Gli scienziati possono progettare terapie combinate più efficaci, spiega, includendo composti che hanno diversi meccanismi d’azione o diversi siti di legame.,

Altri tipi di modulatore CFTR sono anche in sviluppo: amplificatori per migliorare il flusso di ioni cloruro attraverso il canale CFTR e stabilizzatori per estendere la durata della vita della proteina nella membrana cellulare. L’ulteriore sviluppo di questi approcci potrebbe fornire trattamenti per le persone con alcune delle rare mutazioni della fibrosi cistica che non rispondono ai farmaci esistenti, ma pochi candidati in queste classi sono entrati in studi clinici.

Un farmaco per ogni paziente?,

Lo sforzo per sviluppare modulatori CFTR, e in particolare il desiderio di trovare trattamenti per mutazioni rare, ha spostato il modo in cui gli scienziati comprendono le mutazioni che causano la malattia. Convenzionalmente, queste mutazioni sono ordinate in sei classi sulla base dei loro effetti sulla struttura e sulla funzione delle proteine. Ma si è scoperto che non tutte le mutazioni nella stessa classe rispondono allo stesso modulatore CFTR. A complicare ulteriormente le cose, a volte le mutazioni in classi diverse potrebbero comunque essere prese di mira dallo stesso farmaco.,

” Come abbiamo ottenuto sempre più consapevoli delle diverse proprietà di CFTR, nulla è semplice, ” dice Garry Cutting, un genetista clinico presso la Johns Hopkins University di Baltimora, Maryland. Cutting è stato uno dei numerosi scienziati che hanno proposto di classificare le proteine CFTR come “theratypes”, un sistema che incorpora anche il modo in cui le mutazioni rispondono a diversi modulatori CFTR.

L’idea della tipizzazione era di “rendere più facile rendere disponibili questi farmaci per il maggior numero possibile di pazienti, in particolare se trasportano una variante rara”, dice Cutting. Taglio dirige CFTR2.org, un database di riferimento eseguito congiuntamente da Johns Hopkins e dalla Fondazione per la fibrosi Cistica che documenta le varianti CFTR. Il database è stato istituito per aiutare con la diagnosi, ma è diventato un repository per le informazioni theratyping pure.,

Allo stesso tempo, i ricercatori hanno escogitato modi per testare l’efficacia dei farmaci su mutazioni rare. Gli studi clinici su larga scala sono poco pratici in questi casi, dice Van Goor: “Come si ottiene l’approvazione per i farmaci quando c’è solo una o due persone al mondo con quella particolare mutazione?”Per aggirare questo problema, i ricercatori commerciali e accademici hanno utilizzato sistemi di coltura cellulare per raccogliere dati sulla suscettibilità di mutazioni rare a diversi farmaci., Sulla base dei dati in vitro, Vertex ha ottenuto l’approvazione della FDA per l’uso dei suoi farmaci in persone con diverse mutazioni rare — una prima per l’agenzia di regolamentazione.

Tali strategie hanno ampliato la portata di alcuni dei farmaci di Vertex. Kalydeco è stato approvato per 37 mutazioni rare aggiuntive che, come G551D, influenzano principalmente l’apertura e la chiusura del canale. La popolazione ammissibile per Trikafta potrebbe espandersi in modo simile, Lukacs prevede.,

Canalizzazione di nuovi trattamenti

Tuttavia, anche una suite completa di modulatori CFTR rischia di lasciare fuori un gruppo di persone con fibrosi cistica: il 7% circa che non produce alcuna proteina CFTR.

Alcuni trattamenti potenziali per questo gruppo potrebbero essere utili per tutti con fibrosi cistica. La terapia genica promette un modo per curare la malattia affrontando la causa principale. Ci sono anche farmaci che migliorano o inibiscono la funzione di altre proteine, oltre a CFTR, che trasportano cloruro o ioni sodio fuori dalla cellula., Migliorare le prestazioni di queste proteine del canale ionico potrebbe aiutare a compensare la mancanza di CFTR funzionale.

Altri approcci per aiutare le persone che non producono alcuna proteina CFTR sarebbero più specifici per la mutazione. Molte di queste mutazioni si traducono in quello che viene chiamato un codone di arresto prematuro, che scrive essenzialmente “La fine” nel mezzo delle istruzioni per la produzione di proteine del gene. Questo fa sì che il ribosoma, la fabbrica di proteine della cellula, produca una proteina troncata e non funzionale.

I farmaci read-through sono una possibile soluzione a questo problema., Queste molecole inducono il ribosoma a saltare il segnale di arresto errante e produrre una proteina funzionale leggermente alterata ma completa.

Il farmaco antibiotico gentamicina è noto per aumentare modestamente la lettura, ma è troppo tossico per l’uso a lungo termine. Gli scienziati sono alla ricerca di candidati più sicuri, ma non esiste un modo sistematico per trovarli. ” Ci dovrebbero essere alcuni, ma non ci sono molti modi per ingannare il ribosoma”, dice Alexandre Hinzpeter, che studia terapie di modulazione delle proteine presso l’agenzia di ricerca biomedica INSERM a Parigi.,

Trovare un trattamento per le persone con codoni di arresto prematuri è anche probabile che richieda di aggirare il decadimento mediato da sciocchezze, una sorta di processo di correzione di bozze cellulare che elimina le istruzioni aberranti di codifica delle proteine, o trascrizioni, prima ancora di raggiungere il ribosoma. Ma questo richiede un’attenta calibrazione: interrompere quel processo troppo potrebbe avere effetti disastrosi per la funzione complessiva della cella. “Devi trovare un modo per proteggere la tua trascrizione che stai prendendo di mira, ma mantenere il resto della cellula con una normale quantità di decadimento mediato da sciocchezze”, dice Hinzpeter.,

Molte malattie genetiche comportano mutazioni che introducono codoni stop prematuri. Quindi, in teoria, una terapia sviluppata per la fibrosi cistica potrebbe anche aiutare le persone con altre condizioni, dice Hinzpeter. Tuttavia, questo non sempre pan fuori in pratica. Un farmaco read-through chiamato ataluren è stato approvato per il trattamento della distrofia muscolare di Duchenne, ma non è riuscito negli studi di fibrosi cistica.

Questi problemi significano che potrebbe richiedere tanto tempo, sforzi e investimenti per trovare trattamenti per l’ultimo 10% delle persone con fibrosi cistica quanto per il primo 90%, afferma Van Goor., Ma, aggiunge, facendo eco alla determinazione degli scienziati accademici e farmaceutici, ” Non possiamo lasciare nessuno indietro.”