Gene Therapy for Neurological Disorders

Sammanfattning: Popular Abstract in Danish Genterapi er en attraktiv terapiform mod neurologiske lidelser som Parkinsons sygdom og epilepsi af flere grunde. Gener med en terapeutisk effekt kan introduceres lokalt ved præcise injektioner i det syge væv, hvor genproduktet kan frigives fra nerveceller i respons til aktivitet i det omgivende væv. Ved genterapi omgås den forhindring som blod-hjernebarrieren udgør, ligesom der ikke er tab af terapeutisk effekt på grund a metabolisering af genproduktet, som det kan være tilfældet med konventionelle systemisk og oralt administrerede medikamenter. To strategier kan anvendes til at levere et terapeutisk gen; direkte injektion af an genvektor i det syge væv, såkaldt in vivo genterapi, eller alternativt kan genet overføres til celler i laboratoriet, inden disse transplanteres ind i det syge væv, såkaldt ex vivo genterapi. En forudsætning for ex vivo genterapi er tilgængelighed stamceller, som kan generere nerveceller til at integrere i det syge væv og udtrykke det terapeutiske gen. I de første tre artikler er fokus på stamcelleterapi indenfor Parkinsons sygdom. Stadig mere avancerede genetiske metoder anvendes til at udvikle og undersøge stemcellefødte dopaminerge nerveceller i relation til behandling af Parkinsons sygdom. Artikel I anvender genetisk immortalisering af humane neurale stamceller til at muliggøre ubegrænset ekspansion af stamcellelinien. Under de givne forhold udvikles disse stamceller dog ikke til fuldt funktionelle nerveceller. I artikel II og III præsenteres en protokol til at udvikle fuldt funktionelle dopaminerge nerveceller fra neurale stamceller fra mus, via genetisk introduktion af den dopaminerge faktor Wnt5a i stamcellerne. De dopaminerge nerveceller beskrives ved brug af elektrofysiologiske teknikker, for at afdække deres funktionelle egenskaber. Genetisk introducerede, optisk kontrollerede membranproteiner anvendes til at belyse den funktionelle integration af stamceller efter transplantation ind i et værtsvæv. Sådanne optogenetiske proteiner kan adressere transplanterede celler og værtsceller uafhængigt af hinanden, og med millisekund præcision aktivere eller inhibere disse, i respons til optisk aktivering med definerede lyskilder. Gennem denne nylige optogenetiske teknik demonstreres det, at værtsnervecellerne og de transplanterede dopaminerge neuroner kan kommunikere og påvirke hinandens aktivitet. Artikel IV benytter også optogenetisk cellekontrol, men som et in vivo genterapeutisk redskab, ikke som et undersøgelsesværktøj, som beskrevet ovenfor. En eksperimentel epilepsimodel etableres, baseret på elektrisk stimuleringer, som bevirker epileptiform aktivitet i et vævspræparat. Et optogenetisk protein introduceres genetisk i nervecellerne i præparatet, og gennem optisk aktivering af dette kan nervecellerne inhiberes øjeblikkeligt. Når nervecellerne inhiberes optisk ved opståen af epileptiform aktivitet i vævet, kan den epileptiforme aktivitet reduceres til 20-50% af kontrolværdier uden inhibering. Taget i betragtning at mere end 30% af epilepsipatienter stadig oplever anfald på trods af medicinsk behandling, og at antiepileptisk medicin ofte ledsages af kognitive bivirkninger, er disse data motiverende for fremtidig forskning i optogenetik som en terapiform indenfor epilepsi. Denne afhandling præsenterer ny viden indenfor eksperimentel forskning og terapi, og vil bidrage til at udvikle fremtidige stamcelle- samt genterapier mod neurologiske sygdomme.