연령 관련 신경퇴행성 질환의 전임상 연구 진행 경로: 설치류 및 HiPSC 유래 모델에 대한 관점 6부
Jul 10, 2024
"접시 속" 노화 모델링
연령 관련 형태학적 및 기능적 세포 특징을 유도합니다. hiPSC를 이용한 신경 발달 장애(예: 척수근 위축, 원발성 단순 포진 뇌염) 모델링은 성공적이었지만, AD 및 PD와 같은 연령 관련 NDD의 질병 표현형을 정확하게 재현하는 것은 훨씬 더 어렵습니다.
뇌염은 인간의 뇌에 영향을 미치는 흔한 질병이며, 심한 경우 사망에 이를 수도 있습니다. 뇌염은 신경계 및 호흡계와 같은 인체의 많은 시스템에 극도로 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 메모리에 미치는 영향은 양방향입니다.
뇌염은 인체의 기억에 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 환자는 상태가 심각할 때 많은 기억력을 잃습니다. 뇌염은 사람의 뇌에 손상을 주어 신호의 송수신에 문제를 일으키기 때문이다. 이로 인해 뇌 손상 정도에 따라 단기 및 장기 기억 문제가 발생할 수 있습니다.
그러나 뇌염을 치료하는 동안 인체의 기억은 서서히 회복됩니다. 치료 과정에서 의사는 신경 세포의 건강을 점진적으로 회복시켜 인체의 기억력을 향상시키기 위해 환자에게 특수 약물을 제공하기 때문입니다.
이는 또한 뇌염에 걸리기 쉬운 일부 사람들의 경우 뇌염의 위험을 피하는 데 도움이 될 수 있는 면역 체계를 이완하고 강화하는 것도 매우 중요하다는 점을 상기시켜 줍니다. 예를 들어, 보다 건강한 활동에 참여하고, 장시간 늦게까지 깨어있지 않으며, 영양가 있는 음식을 더 많이 섭취하십시오.
즉, 뇌염은 인체의 기억력에 영향을 주지만, 치료가 진행됨에 따라 이러한 영향은 완화됩니다. 질병을 올바르게 마주하고, 건강한 생활습관을 유지하며, 적극적으로 치료하면 우리는 더욱 긍정적인 삶을 살 수 있고, 삶을 더욱 소중하게 여기며, 하루하루를 행복하게 보낼 수 있습니다. 기억력을 향상시켜야 함을 알 수 있습니다. 시스탄체는 기억력과 학습에 매우 중요한 아세틸콜린과 성장 인자의 수치를 높이는 등 신경 전달 물질의 균형을 조절할 수 있기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 Cistanche는 혈류를 개선하고 산소 전달을 촉진하여 뇌가 충분한 영양과 에너지를 얻을 수 있도록 하여 뇌 활력과 지구력을 향상시킬 수 있습니다.
hiPSC를 생성하기 위한 체세포의 재프로그래밍은 기증자 세포의 분자 연령 특징을 지우고 이를 태아 발달 단계로 되돌립니다.2,219,220 따라서 이 분야에서는 극복 수단으로 세포 노화 및/또는 성숙을 가속화하기 위한 다양한 창의적인 전략을 고안했습니다. 이러한 제한에는 프로게린과 같은 노화 관련 단백질의 이소성 과발현,221 텔로미어의 인공 단축 유도,222 미토콘드리아 기능 장애 및 산화 스트레스를 유발하는 다양한 독소에 대한 노출 등이 포함됩니다.223,224 노화를 유도하는 또 다른 전략은 ChibaFalek 연구소에서 개발되었으며144 자연적인 노화 과정을 모방하기 위해 NPC를 여러 번 통과시킵니다.
이 전략은 독소 노출 또는 이소성 발현의 결과인 잠재적인 인공 표현형을 감소시키고 NDD의 세포 모델에서 노화를 유도하는 보다 자연스러운 과정을 기반으로 하기 때문에 위에서 설명한 이전 방법에 비해 매력적인 대안을 나타냅니다. "직접 전환" 체세포를 신경 모델로.
대안적으로, 기증자 연령을 유지하고 "노화" 분자 특징을 보존하기 위해 "계통/직접 전환" 또는 "전환분화"로 알려진 방법이 개발되었습니다.
이 접근법은 hiPSC로의 중간 역분화 단계 없이 다양한 세포 계통 특이적 전사 인자를 제공함으로써 섬유아세포와 같은 인간 체세포를 뉴런으로 직접 재프로그래밍하는 것에 기반을 두고 있습니다. 연령 관련 인간 신경변성을 연구하기 위한 보다 적절한 모델 시스템을 생성하는 수단으로 마우스 배아 섬유아세포228 및 인간 성상교세포229에서 직접 뉴런(iN)을 추출합니다.
실제로 이러한 방법을 사용하면 게놈에 대한 노화 효과를 보존할 수 있습니다. 궁극적으로 hiPSC 작업과 관련된 생물학적 및 기술적 한계, 특히 hiPSC 기증자 간의 차이, 파생된 배양 순도 인증 및 유전적 안정성을 해결하기 위한 지침을 고려해야 합니다. hiPSC 유래 모델의 가변성을 제어하고 강력한 결과와 높은 수준의 재현성을 보장합니다.
NDD 개인 맞춤 의학 및 약물 스크리닝 맥락에서 hiPSC 적용의 미래 방향
AD와 PD는 증상의 높은 가변성과 이질성을 나타냅니다. 따라서 이러한 병리는 각각 하위 유형 질병 그룹을 나타낼 수 있습니다. 230,231 이는 약물 개발 파이프라인을 통해 추정 DMT를 진행할 때 임상 시험 설계에서 중요한 고려 사항입니다.
Kondo 등232은 fAD 및 sAD 환자로부터 유래된 hiPSC가 이전에 임상 AD 시험에서 실패했던 약물인 도코사헥사엔산(DHA) 치료에 대해 서로 다른 약물 반응성을 나타냄을 보여주었습니다.
이러한 데이터는 치료에 대해 서로 다른 임상 반응을 보이는 AD의 다양한 하위 유형을 나타냅니다. 따라서 임상 시험에서 이점을 얻기 위해 연구 참가자를 계층화할 필요가 있으며, 이는 임상 시험에서 실패한 여러 치료법이 정의된 특정 하위 유형의 AD에 여전히 효과적일 가능성이 있음을 암시합니다.
현재 전임상 모델의 개선은 더 나은 결과 측정 및/또는 적절한 환자 모집단을 정의함으로써 기존 약물과 신약의 정확한 평가를 촉진할 것입니다.
Kondo et al.232는 이전에 확립된 질병 표현형을 결과 측정으로 사용하여 추정 치료 화합물 패널의 고처리량 스크리닝을 위한 hiPSC 유래 AD 모델의 유용성, 즉 13에서 유래된 뉴런에서 Ab42:Ab40 비율을 감소시키는 능력을 추가로 입증했습니다. AD 환자 hiPSC 라인.
6개의 납 화합물은 뉴런 Ab42:Ab40을 유의하게 감소시킬 수 있었습니다. 그러나 크로몰린, 토피라메이트 및 브로모크립틴의 "칵테일"을 함유한 화합물 중 하나는 fAD 환자로부터 유래된 hiPSC 뉴런의 표현형인 이 질병만을 구제했습니다.232 다양한 환경 요인에 대한 환자의 유전적 민감성은 또한 hiPSC 유래 PD 모델에서 탐구되었습니다. 치료 개입에 대한 개인화된 접근 방식에 대한 개념 증명 검증을 제공하는 GT,174,233와 반대입니다.
전반적으로, hiPSC 기술의 추가 개발을 통해 궁극적으로 연구자들은 위험 요인의 특정 유전적 배경을 기반으로 환자를 계층화하여 치료에 대한 유전적 하위 집단의 다양한 반응을 평가할 수 있습니다.
신경변성에 대한 재생 접근법
부상에 반응하여 재생되는 뇌 뉴런의 능력은 미미합니다. 성인의 신경 발생은 선택된 소수의 뇌 영역으로 제한되며, AD 및 PD와 같은 만성 신경 퇴행을 특징으로 하는 질병의 경우 결과적인 인지 및 행동 장애는 되돌릴 수 없습니다.
hiPSC 기술에서 나타나는 가장 흥미로운 방법은 hiPSC 이식을 통해 손실된 신경 조직을 재생하는 것을 목표로 하는 조직 공학 전략입니다.
이러한 혁신적인 치료 전략은 hiPSC의 능력을 활용하여 신경 및 교세포의 여러 하위 클래스로 분화됩니다. 조직 재생을 자극하는 hiPSC 이식의 개념은 아직 초기 단계에 있지만 빠르게 발전하는 분야이며 최근 증거에 따르면 이식이 가능하다는 것이 입증되었습니다. hiPSC 및 ESC의 효능은 연령 관련 황반변성234,235 및 척수 손상을 포함한 여러 질병에 유익할 수 있습니다.236
여기서 더 관련성이 높은 것으로, 자가 hiPSC 유래 DA 뉴런을 PD 환자에게 이식하는 것과 관련된 Song et al.,237의 최근 임상 시험은 처음으로 운동 결핍을 효과적으로 회복시켰습니다. 이 획기적인 연구는 이러한 hiPSC 기반 이식 기술이 NDD에서 성공적인 재생 치료를 위한 완벽한 플랫폼을 제공한다는 개념 증명을 제공합니다.
그럼에도 불구하고, hiPSC 이식에는 환자의 종양원성 및 이식 거부의 위험을 비롯한 다양한 문제가 수반된다는 점을 인식하는 것이 중요합니다.238,239 이러한 장애물을 완화하기 위해 현재 면역 거부를 극복하기 위한 다양한 면역 회피 전략이 개발되고 있습니다.240,241
자가 재생 특성과 결합된 hiPSC는 맞춤형 재생 의학을 위한 매우 바람직한 많은 기능을 보유하고 있으며 CNS 장애의 재생 기반 치료법에 이상적인 후보가 됩니다.242-245 hiPSC의 이식은 손실된 조직의 회복뿐만 아니라 치료 전략을 제시합니다. 뿐만 아니라 유전자 교정 세포를 사용하는 DMT의 필요성도 있습니다.
환자로부터 유래된 hiPSC는 돌연변이된 유전자의 표적 교정을 위해 CRISPR-Cas9 기술을 사용하는 등 시험관 내에서 유전자 변형 치료를 받을 수 있습니다.
결과적으로, 유전적으로 교정된 세포는 임상 환자에게서 대체될 수 있습니다. 이러한 DNA 변형 구조물은 이상적으로는 에피솜으로 남아 있고 조직이 환자에게 이식될 때까지 자가 불활성화되어 표적 외 효과의 가능성을 줄여야 합니다.
PD 및 AD 치료를 위한 새로운 임상시험용 제품(IP) 제출을 위한 로드맵
현재 IP 개발 파이프라인 개요
새로운 PD 및 AD 치료제에 대한 전임상 연구는 IP 개발 파이프라인에서 중요합니다. 세포치료제 및 GT IP(CGTIP)를 위한 포괄적인 전임상 프로그램의 목적은 다음과 같습니다: (1) 생물학적 타당성 확립(표적 선택); (2) 생물학적 활성 용량 수준 확인(납 화합물 개발 및 최적화); (3) 임상 시험을 위한 잠재적 시작 용량 수준, 용량 증량 일정 및 용량 요법의 선택; (4) CGT-IP가 제안한 임상 투여 경로(ROA)의 타당성과 합리적인 안전성 확립.
이러한 단계는 IND(임상시험용 신약) 신청 및 BLA(생물의약품 허가 신청) 제출을 위한 제품 준비에 중요합니다. (1) 낮은 표적 참여 및 효능, (4) 불만족스러운 안전성 프로필은 PD 및 AD 치료제에 대한 CGT-IP 실패의 가장 일반적인 이유 중 하나입니다(그림 2).
더욱이, 2000년과 2012년 사이에 FDA의 신규 의료 기관 승인이 지연되거나 거부된 최근 회고적 검토에 따르면, 표적 효능에 대한 포괄적이지 않은 공식화와 약물 안전성 프로파일 결정이 NDD에 대한 약물 개발 프로그램 실패의 주요 요인임을 나타냅니다. AD 및 PD.246 포함
이 연구는 또한 동물 기반 전임상 연구에서 인간 임상 시험으로 전환할 때 번역 가능성이 명백히 낮다는 우려를 알렸습니다. FDA가 이러한 단점을 잘 알고 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. FDA는 최근 IP 검증을 위해 동물 사용을 최소화하도록 권장하는 지침을 만들었습니다. 예를 들어, 임상 제품의 종 특이적 적합성이 낮은 상황에서 FDA는 유사하고 적합한 특성이 입증된 대체 밸리데이션 시스템의 테스트를 허용합니다.
본 리뷰에 설명된 AD 및 PD 환자 유래 hiPSC와 관련 플랫폼의 출현은 추정 CGT-IP 개발을 위한 대체 실험 시스템을 제공할 수 있습니다. 이러한 권장 사항에 따라 안전성 결정, 용량 최적화, 기능 분석을 다루는 시험관 기반 연구 수행 IP의 면역 표현형 분석, 형태학적 평가, 초기 독성 데이터, 약동학 및 약력학은 제품의 생물학적 관련성을 확립하기 위한 FDA 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
또한, 시험관 내 연구를 사용하면 hiPSC는 잠재적인 안전성 문제와 연구용 CGT-IP의 작용 메커니즘(MOA)을 식별하는 데 주로 도움이 될 것입니다. 이러한 고려 사항은 동물 복지법 개정안의 해당 조항에 대한 후속 조치로서 동물 사용을 줄이고, 개선하고, 대체하도록 장려하는 테스트 방법 프로토콜을 개발하기 위해 "3R" 원칙의 통합을 권장하는 FDA 지침과 잘 일치합니다. 1976(7 USC2131 이하 참조).
동물 모드를 대체한다는 개념은 AD 및 PD 체외 모델링 프로그램의 유용성을 지원합니다. 이러한 노력의 적합성은 CGT-IP 제품의 안전성과 활성에 관한 필수 데이터를 제공하는 전임상 테스트 프로그램의 능력에 대한 "재전환 효과"를 평가하여 보다 광범위하게 고려해야 합니다.
위의 논의는 특히 전임상 테스트와 1a상 임상 시험 체크포인트의 맥락에서 주로 체외 테스트 및 검증을 사용하여 IND 발전을 위한 치료 프로그램의 초기 포트폴리오를 생성할 가능성을 제시합니다(그림 2). 또한 용량 제한 안전성 및 독성 평가를 포함한 고급 분석은 적어도 부분적으로는 시험관 내 측정에 잠재적으로 의존할 수 있습니다.
임상적으로 관련된 이 새로운 안전성, 약동학, 약력학, 내약성 및 바이오마커 데이터는 새로운 IP에 관한 후속 임상 결정을 알려줄 것입니다. 따라서 모든 중요한 문제를 해결하기 위해 필요한 동물 연구 수행은 CGT-IP 제품 개발이 후기 전임상 연구로 진행된 후에만 고려해야 합니다.
예를 들어, 제조/제형 변경이 발생하여 초기 단계에서 사용된 제품(체외 시험)과 후기 단계 CGT 제품의 비교 가능성이 불확실한 경우, 두 제품을 연결하기 위해 추가적인 생체 내 전임상 연구가 필요할 수 있습니다. 이러한 가교 연구를 통해 초기 단계 제품으로 수집된 데이터를 통해 후기 단계 개발 또는 라이선스 부여를 지원할 수 있습니다.
따라서 우리는 동물 환경에서 최종 전임상 연구를 시작하기 전에 시험용 CGT-IP 제품의 잠재적인 안전성 문제와 MOA를 확인하기 위해 체외 연구를 수행해야 한다고 제안합니다(그림 2).
따라서 우리는 생체 내 투여 후 제품의 생리학적 및 기능적 표현형에 대한 평가를 통해 시험관 내 연구를 보완할 것을 제안합니다. 평가에서는 이전에 입증된 바와 같이 hiPSC 기반 질병 모델에서 확립된 표준 질병 표현형의 개선을 구체적으로 테스트합니다.140,174,193,233
따라서, 전임상 시험 프로그램은 의도된 AD 및 PD 환자 모집단에서 시험용 CGT 제품 사용의 생물학적 타당성에 대한 이해를 달성하기 위해 단계별, 다요인적 접근 방식을 통합해야 합니다. IND 제출을 위해 GT 제품을 인증하는 과정을 분석하려면 제품 개발의 초기 단계에서 pre-IND 메커니즘을 통해 FDA에 문의할 것을 권장합니다. 조직의 지점과 수사관.
생물학적 제제 평가 및 연구 센터(CBER)/세포, 조직 및 유전자 치료실(OCTGT)에서 제공하는 조언은 결정적인 전임상 연구를 위한 최종 프로토콜을 준비할 때뿐만 아니라 브리핑 문서의 다양한 섹션을 준비할 때 고려하는 데 매우 유용할 것입니다. 사전 IND 회의.
생활성 및 안전성 평가를 위해 선정된 동물종은 인간에서 예상되는 것과 유사한 시험용 CGT 제품에 대한 생물학적 반응을 입증하여 임상 시험 설계를 안내하는 데이터를 생성해야 합니다.
관련 종을 결정하기 위한 고려사항에는 다음이 포함됩니다: (1) 인간의 생리학 및 해부학적 구조와 비교 가능성; (2) GT에 대한 바이러스 벡터 또는 미생물 벡터에 의한 감염 및 복제에 대한 허용성/감수성; (3) 인간 CGT 제품 또는 GT 제품에 의해 발현된 인간 이식유전자에 대한 면역내성; (4) 계획된 임상 전달 시스템/절차 사용의 타당성.
결론적 발언
AD 및 PD와 같은 연령 관련 NDD에 대해 임상적으로 효과적인 DMT를 추구하는 것은 40년 이상의 연구에도 불구하고 상당한 실패를 겪었습니다. AD 및 PD DMT가 없는 데에는 여러 가지 요인이 있으며, 부적절한 전임상 질병 모델은 주요 한계를 구성합니다.
그럼에도 불구하고, "완벽한" NDD 모델을 기다리는 동안 추정 DMT 후보에 대한 임상 시험을 중단할 수는 없습니다. 현재 IND 규정은 부적절한 동물 모델에서 생성된 데이터에 지나치게 의존함으로써 NDD 치료에 대한 현재 및 향후 연구를 잠재적으로 방해할 수 있으며, DMT 달성을 위한 진행 속도를 더욱 느리게 할 수 있습니다.
환자 유래 hiPSC의 출현으로 이 분야는 NDD 연구의 새로운 시대로 접어들었고, 복잡한 유전 질환에 대한 DMT 개발의 핵심인 각 환자의 유전적 배경 맥락에서 전임상 조사가 가능해졌습니다. 새로운 유전자 편집 및 전달 기술과 결합된 hiPSC는 질병 모델링 및 약물 발견을 촉진하는 신흥 유망 전임상 툴킷을 나타냅니다.
결론적으로, 설치류 모델의 유용성은 안전성 프로파일링, 전신 생체 활성 및 기능적 결과 평가와 같은 전임상 평가의 여러 측면에서 가치가 있지만, 우리는 (1) hiPSC에서 생성된 NDD 모델의 이점을 인정하고 그 유용성을 보완적인 것으로 고려해야 합니다. 전임상 연구에서 치료 효능을 평가하기 위한 플랫폼, (2) 정밀 의학 치료법 평가에 적용할 수 있는 현재의 동물 및 세포 기반 모델과 맞춤형 모델을 개선하기 위해 노력하고, (3) 치료 중재의 측정 가능한 치료 결과를 정의하고 그에 따라 , 가장 적합한 모델 시스템을 선택하십시오.
추가 정보
추가 정보는 온라인에서 찾을 수 있습니다.https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.01.001입니다.
참고자료
1. Prince, M., Wimo, A., Guerchet, M., Ali, G.-C., Wu, Y.-T. 및 Prina, M. (2015). 세계 알츠하이머 보고서 2015 치매 유병률, 발생률, 비용 및 추세 분석(Alzheimer's Disease International).
2. 머레이, CJL, Vos, T. 및 Lopez, A.; GBD 2015 질병 및 부상 발생률 및 유병률 공동연구자(2016). 310가지 질병 및 부상에 대한 세계적, 지역적, 국가적 발생률, 유병률 및 장애를 갖고 생활한 기간, 1990-2015: 2015년 글로벌 질병 부담 연구에 대한 체계적 분석. Lancet 388, 1545–1602.
3. Qiu, C., Kivipelto, M. 및 von Strauss, E. (2009). 알츠하이머병의 역학: 발생, 결정 요인 및 개입 전략. 대화 Clin.Neurosci. 11, 111-128.
4. 레비, G. (2007). 파킨슨병과 노화의 관계. 아치. 뉴롤. 64,1242-1246.
5. Hebert, LE, Weuve, J., Scherr, PA 및 Evans, DA (2013). 미국(2010-2050)의 알츠하이머병은 2010년 인구 조사를 사용하여 추정되었습니다. 신경학 80, 1778-1783.
6. 알츠하이머 협회(2020). 2020 알츠하이머병 사실 및 수치.알츠하이머 치매. 16, 391-460.
7. Wimo, A., Guerchet, M., Ali, GC, Wu, YT, Prina, AM, Winblad, B., Jönsson, L., Liu, Z. 및 Prince, M. (2017). 2015년 전 세계 치매 비용 및 2010년과의 비교. 알츠하이머 치매. 13, 1–7.
8. Cummings, JL, Morstorf, T. 및 Zhong, K. (2014). 알츠하이머병 치료제 개발 파이프라인: 후보가 적고 실패가 잦습니다. 알츠하이머 입술. 거기. 6, 37.
9. Dong, J., Cui, Y., Li, S., Le, W. (2016). 파킨슨병의 현재 약물 치료 및 대체 치료법. 현재 신경약제. 14, 339-355.
10. 스토커, 결핵(2018). 파킨슨병: 병인 및 임상적 측면., JCGreenland, ed. (코돈 출판물). https://doi.org/10.15586/codonpublications. 파킨슨병2018.
11. Hung, SY 및 Fu, WM(2017). 알츠하이머병에 대한 임상시험의 약물 후보. J. Biomed. 과학. 24, 47.
12. Lang, AE 및 Espay, AJ(2018). 파킨슨병의 질병 수정: 현재 접근 방식, 과제 및 향후 고려 사항. 월. 장애. 33,660-677.
For more information:1950477648nn@gmail.com
