Jalan Menuju Kemajuan Studi Praklinis Penyakit Neurodegeneratif Terkait Usia: Perspektif Pada Model Hewan Pengerat dan Turunan HiPSC Bagian 6

Memodelkan Penuaan "dalam Piring"

Mendorong Tanda Tangan Seluler Morfologis dan Fungsional Terkait Usia. Meskipun pemodelan gangguan perkembangan saraf (misalnya, atrofi otot tulang belakang, ensefalitis herpes simpleks primer) dengan hiPSC telah berhasil, jauh lebih sulit untuk merekapitulasi secara akurat fenotipe penyakit NDD terkait usia, seperti AD dan PD.

Ensefalitis adalah penyakit umum yang mempengaruhi otak manusia dan bahkan dapat menyebabkan kematian pada kasus yang parah. Ensefalitis dapat menimbulkan dampak yang sangat negatif pada banyak sistem di tubuh manusia, seperti sistem saraf dan pernapasan. Namun, dampaknya terhadap memori bersifat dua arah.

Ensefalitis dapat mempengaruhi daya ingat tubuh manusia. Beberapa pasien kehilangan banyak ingatan ketika kondisinya serius. Pasalnya, ensefalitis menyebabkan kerusakan pada otak manusia sehingga menimbulkan masalah pada transmisi dan penerimaan sinyal. Hal ini dapat menyebabkan masalah ingatan jangka pendek dan jangka panjang, yang bergantung pada tingkat kerusakan otak.

Namun, selama pengobatan ensefalitis, daya ingat tubuh manusia akan pulih secara perlahan. Pasalnya, selama proses pengobatan, dokter akan memberikan pasien beberapa obat khusus untuk memulihkan kesehatan sel saraf secara bertahap sehingga meningkatkan daya ingat tubuh manusia.

Hal ini juga menjadi pengingat bahwa bagi sebagian orang yang rentan terkena ensefalitis, sangat penting juga untuk melakukan relaksasi dan memperkuat sistem kekebalan tubuh, yang dapat membantu mereka terhindar dari bahaya ensefalitis. Misalnya saja, ikutlah melakukan aktivitas yang lebih sehat, hindari begadang dalam waktu lama, dan perbanyak makan makanan bergizi.

Singkatnya, meskipun ensefalitis akan mempengaruhi memori tubuh manusia, efek ini akan berkurang seiring dengan kemajuan pengobatan. Menghadapi penyakit dengan benar, menjaga pola hidup sehat, dan aktif mengobatinya dapat membuat kita menjalani kehidupan yang lebih positif, mari kita lebih menghargai hidup, dan menjalani hari-hari dengan bahagia. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat. Cistanche dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan karena juga dapat mengatur keseimbangan neurotransmiter, seperti meningkatkan kadar asetilkolin dan faktor pertumbuhan, yang sangat penting untuk daya ingat dan pembelajaran. Selain itu, Cistanche juga dapat meningkatkan aliran darah dan meningkatkan pengiriman oksigen, yang dapat memastikan otak memperoleh nutrisi dan energi yang cukup, sehingga meningkatkan vitalitas dan daya tahan otak.

Klik suplemen tahu untuk meningkatkan daya ingat

Pemrograman ulang sel somatik untuk menghasilkan hiPSC menghapus tanda usia molekuler sel donor dan mengembalikannya ke tahap perkembangan janin.2.219.220 Oleh karena itu, bidang ini telah merancang berbagai strategi inventif untuk mempercepat penuaan dan/atau pematangan sel sebagai cara untuk mengatasi masalah tersebut. keterbatasan ini, termasuk ekspresi berlebih ektopik dari protein terkait penuaan, seperti progerin,221 yang menginduksi pemendekan telomer buatan,222 dan paparan terhadap berbagai racun yang menyebabkan disfungsi mitokondria dan stres oksidatif.223,224Strategi lain untuk menginduksi penuaan telah dikembangkan oleh laboratorium ChibaFalek144 dan diterapkan beberapa kali melewati NPC untuk meniru proses penuaan alami.

Strategi ini mewakili alternatif yang menarik dibandingkan dengan metode sebelumnya yang dijelaskan di atas, karena mengurangi potensi fenotip buatan, akibat paparan toksin atau ekspresi ektopik, dan didasarkan pada proses yang lebih alami untuk menginduksi penuaan pada model seluler NDD. "Konversi Langsung" dari NDD Sel Somatik ke Model Neuronal.

Alternatifnya, metode yang dikenal sebagai "garis keturunan/konversi langsung" atau "transdifferensiasi" dikembangkan untuk mempertahankan usia donor dan melestarikan tanda molekuler yang sudah "tua".

Pendekatan ini didasarkan pada pemrograman ulang langsung sel somatik manusia, seperti fibroblas, menjadi neuron melalui penyediaan berbagai faktor transkripsi spesifik garis keturunan sel tanpa tahap de-diferensiasi perantara menjadi hiPSC.225–227 Contohnya adalah generasi DA yang diinduksi neuron (iNs) langsung dari fibroblas embrio tikus228 dan astrosit manusia229 sebagai sarana untuk menghasilkan sistem model yang lebih tepat untuk mempelajari degenerasi saraf manusia terkait usia.

Memang benar, metode ini memungkinkan pelestarian efek penuaan pada genom. Pada akhirnya, pedoman untuk mengatasi keterbatasan biologis dan teknis terkait pekerjaan hiPSC, khususnya perbedaan di antara donor hiPSC, otentikasi kemurnian kultur turunan, dan stabilitas genetik, harus dipertimbangkan. untuk mengontrol variabilitas dalam model turunan hiPSC dan untuk memastikan hasil yang kuat dan tingkat reproduktifitas yang tinggi.

Arah Masa Depan dalam Penerapan hiPSC dalam Konteks Pengobatan Personalisasi NDD dan Pemeriksaan Obat

AD dan PD menunjukkan variabilitas dan heterogenitas gejala yang tinggi; dengan demikian, patologi ini masing-masing dapat mewakili sekelompok penyakit subtipe,230,231 merupakan pertimbangan penting dalam desain uji klinis ketika mengembangkan DMT yang diduga melalui jalur pengembangan obat.

Kondo dkk.232 menunjukkan bahwa hiPSC yang berasal dari pasien fAD dan sAD menunjukkan respons obat yang berbeda terhadap pengobatan dengan asam docosahexaenoic (DHA), obat yang sebelumnya gagal dalam uji klinis AD.

Data ini menunjukkan subtipe DA yang berbeda yang mempunyai respons klinis berbeda terhadap pengobatan. Dengan demikian, ada kebutuhan untuk membuat stratifikasi peserta penelitian untuk mendapatkan manfaat dalam uji klinis, yang menyiratkan bahwa beberapa terapi yang gagal dalam uji klinis mungkin masih memiliki potensi untuk efektif pada subtipe DA tertentu.

Penyempurnaan model praklinis saat ini akan memfasilitasi penilaian yang akurat terhadap obat yang ada dan obat baru dengan menentukan ukuran hasil yang lebih baik dan/atau populasi pasien yang sesuai.

Kondo dkk.232 lebih lanjut mendemonstrasikan kegunaan model AD turunan hiPSC untuk skrining throughput tinggi dari panel senyawa terapeutik yang diduga menggunakan fenotipe penyakit yang telah ditetapkan sebelumnya sebagai ukuran hasil, yaitu, kapasitas untuk mengurangi rasio Ab42:Ab40 pada neuron yang berasal dari 13 jalur hiPSC pasien AD.

Enam senyawa timbal mampu menurunkan neuronal Ab42:Ab40 secara signifikan; namun, salah satu senyawa yang mengandung "campuran" kromolin, topiramate, dan bromokriptin hanya menyelamatkan penyakit ini fenotip pada neuron hiPSC yang berasal dari pasien fAD.232 Kerentanan genetik pasien terhadap berbagai faktor lingkungan juga telah dieksplorasi dalam model PD turunan hiPSC, yang mana dibalik dengan GT,174,233 yang memberikan validasi bukti konsep untuk pendekatan yang dipersonalisasi terhadap intervensi terapeutik.

Secara keseluruhan, pengembangan lebih lanjut dari teknologi hiPSC pada akhirnya memungkinkan para peneliti untuk membuat stratifikasi pasien berdasarkan latar belakang genetik tertentu dari faktor risiko untuk menilai respons subpopulasi genetik yang berbeda terhadap pengobatan.

Pendekatan Regeneratif untuk Neurodegenerasi

Kapasitas neuron otak untuk beregenerasi sebagai respons terhadap cedera sangat minim; dengan neurogenesis dewasa terbatas pada beberapa wilayah otak tertentu dan pada penyakit yang ditandai dengan degenerasi saraf kronis, seperti AD dan PD, gangguan kognitif dan perilaku yang diakibatkannya tidak dapat diubah.

Jalur paling menarik yang muncul dari teknologi hiPSC adalah strategi rekayasa jaringan yang bertujuan untuk meregenerasi jaringan saraf yang hilang melalui transplantasi hiPSC.

Strategi terapi revolusioner ini memanfaatkan kapasitas hiPSC untuk berdiferensiasi menjadi beberapa subkelas sel saraf dan sel glial. Meskipun konsep transplantasi hiPSC untuk merangsang regenerasi jaringan masih dalam tahap awal, bidang ini merupakan bidang yang berkembang pesat, dan bukti terbaru menunjukkan bahwa transplantasi penggunaan hiPSC dan ESC dapat bermanfaat untuk berbagai penyakit, termasuk degenerasi makula terkait usia234.235 dan cedera sumsum tulang belakang.236

Yang lebih relevan di sini, uji klinis baru-baru ini yang dilakukan oleh Song et al.,237 yang melibatkan transplantasi neuron DA turunan hiPSC autologus ke pasien PD, telah secara efektif memulihkan defisit motorik untuk pertama kalinya. Studi inovatif ini memberikan bukti konsep bahwa teknik transplantasi berbasis hiPSC memberikan platform sempurna untuk keberhasilan terapi regeneratif pada NDD.

Meskipun demikian, penting untuk diketahui bahwa transplantasi hiPSC disertai dengan berbagai tantangan, termasuk risiko tumororigenisitas dan penolakan cangkok oleh pasien.238,239 Untuk mengurangi hambatan ini, berbagai strategi penghindaran kekebalan untuk mengatasi penolakan kekebalan saat ini sedang dikembangkan.240,241

Dikombinasikan dengan sifat regeneratifnya sendiri, hiPSC memiliki banyak fitur yang sangat diinginkan untuk pengobatan regeneratif yang dipersonalisasi dan menjadikannya kandidat ideal untuk terapi berbasis regenerasi pada gangguan SSP.242–245 Transplantasi hiPSC membuka strategi terapeutik untuk mengatasi tidak hanya pemulihan jaringan yang hilang tetapi juga kebutuhan DMT dengan menggunakan sel yang dikoreksi secara genetik.

Berasal dari pasien, hiPSC dapat menjalani pengobatan modifikasi gen secara in vitro, misalnya menggunakan teknologi CRISPR-Cas9, untuk koreksi yang ditargetkan pada gen yang bermutasi.

Selanjutnya, sel-sel yang dikoreksi secara genetis dapat digantikan pada pasien klinis. Konstruksi pengubah DNA seperti itu idealnya akan tetap bersifat episomal dan akan mengalami inaktivasi sendiri pada saat jaringan ditransplantasikan ke pasien untuk mengurangi kemungkinan efek yang tidak sesuai target.

Peta Jalan Pengajuan Produk Investigasi (IP) Baru untuk Pengobatan PD dan AD

Ikhtisar Jalur Pengembangan Masyarakat Adat Saat Ini

Studi praklinis untuk terapi PD dan AD baru penting dalam pengembangan IP. Tujuan dari program praklinis komprehensif untuk terapi seluler dan GT IPs (CGTIPs) meliputi: (1) penetapan masuk akal biologis (pemilihan target); (2) identifikasi tingkat dosis aktif biologis (pengembangan dan optimalisasi senyawa timbal); (3) pemilihan potensi tingkat dosis awal, jadwal peningkatan dosis, dan rejimen pemberian dosis untuk uji klinis; dan (4) penetapan kelayakan dan keamanan yang wajar dari rute pemberian klinis (ROA) yang diusulkan CGT-IP.

Langkah-langkah ini sangat penting dalam persiapan produk untuk permohonan Investigational New Drug (IND) dan pengajuan Biologics License Application (BLA). (1) rendahnya target keterlibatan dan kemanjuran dan (4) profil keamanan yang tidak memuaskan adalah salah satu alasan paling umum kegagalan CGT-IP untuk terapi PD dan AD (Gambar 2).

Selain itu, tinjauan retrospektif baru-baru ini mengenai penundaan atau penolakan persetujuan FDA terhadap entitas medis baru antara tahun 2000 dan 2012 menunjukkan bahwa formulasi target efikasi dan penentuan profil keamanan obat yang tidak komprehensif merupakan faktor utama yang mendasari kegagalan program pengembangan obat untuk NDD. termasuk AD dan PD.246

Studi ini juga menginformasikan kekhawatiran akan rendahnya kemampuan penerjemahan dalam transisi dari studi praklinis berbasis hewan ke uji klinis pada manusia. Penting untuk dicatat bahwa FDA sangat menyadari kekurangan ini. FDA baru-baru ini membuat pedoman yang merekomendasikan meminimalkan penggunaan hewan untuk validasi IP. Misalnya, dalam konteks produk klinis dengan kompatibilitas spesifik spesies yang rendah, FDA mengizinkan pengujian sistem validasi alternatif dengan karakteristik analog dan sesuai yang terbukti.

Munculnya hiPSC yang diturunkan dari pasien AD dan PD dan platform terkait yang diuraikan dalam tinjauan ini dapat memberikan sistem eksperimental alternatif untuk mengembangkan dugaan CGT-IP. Konsisten dengan rekomendasi ini, pelaksanaan penelitian berbasis in vitro yang mencakup penentuan keamanan, optimalisasi dosis, uji fungsional , imunofenotipe, evaluasi morfologi, data toksikologi awal, farmakokinetik, dan farmakodinamik IP dapat memenuhi persyaratan FDA untuk menetapkan relevansi biologis produk.

Selain itu, dengan penggunaan penelitian in vitro, hiPSCs terutama akan bermanfaat untuk mengidentifikasi potensi masalah keselamatan dan mekanisme aksi (MOA) dari CGT-IP yang sedang diselidiki. Pertimbangan ini selaras dengan pedoman FDA yang merekomendasikan penggabungan prinsip-prinsip "3R", untuk mengembangkan protokol metode pengujian yang mendorong pengurangan, pemurnian, dan penggantian penggunaan hewan, sebagai tindak lanjut dari ketentuan yang berlaku dalam Undang-Undang Kesejahteraan Hewan. 1976 (7 USC2131 dst.).

Konsep penggantian mode hewan mendukung kegunaan program pemodelan in vitro AD dan PD. Kesesuaian upaya ini harus dipertimbangkan secara lebih luas dengan penilaian “efek perubahan”, jika ada, terhadap kemampuan program pengujian praklinis untuk menyediakan data yang diperlukan mengenai keamanan dan aktivitas produk CGT-IP.

Pembahasan di atas menunjukkan kemungkinan untuk menghasilkan portofolio awal program terapeutik untuk kemajuan IND dengan menggunakan pengujian dan validasi in vitro, khususnya dalam konteks pengujian praklinis, serta pos pemeriksaan uji klinis fase 1a (Gambar 2). Selain itu, analisis lanjutan, termasuk penilaian keamanan dan toksisitas yang membatasi dosis, berpotensi bergantung, setidaknya sebagian, pada pengukuran in vitro.

Data keamanan, farmakokinetik, farmakodinamik, tolerabilitas, dan biomarker baru yang relevan secara klinis ini kemudian akan menginformasikan keputusan klinis selanjutnya mengenai IP baru. Oleh karena itu, melakukan penelitian pada hewan yang diperlukan untuk mengatasi masalah yang belum terselesaikan harus dipertimbangkan hanya setelah pengembangan produk CGT-IP maju ke tahap studi praklinis selanjutnya.

Misalnya, jika terjadi perubahan manufaktur/formulasi, sehingga perbandingan produk CGT fase selanjutnya dengan produk yang digunakan pada fase awal (diuji in vitro) tidak pasti, maka studi praklinis in vivo tambahan mungkin diperlukan untuk menjembatani kedua produk tersebut. Studi yang menjembatani tersebut memungkinkan data dikumpulkan dengan produk tahap awal untuk mendukung pengembangan atau perizinan tahap selanjutnya.

Oleh karena itu, kami menyarankan bahwa sebelum memulai studi praklinis definitif pada hewan, studi in vitro harus dilakukan untuk mengidentifikasi potensi masalah keamanan dan MOA dari produk CGT-IP yang sedang diselidiki (Gambar 2).

Oleh karena itu, kami menyarankan untuk melengkapi penelitian in vitro dengan penilaian serangkaian fenotip fisiologis dan fungsional produk setelah pemberian in vivo. Penilaian ini akan menguji secara spesifik perbaikan fenotip penyakit standar yang ditetapkan dalam model penyakit berbasis hiPSC, seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya.140,174,193,233

Oleh karena itu, program pengujian praklinis harus menggabungkan pendekatan multifaktorial bertahap untuk mencapai pemahaman tentang kemungkinan biologis penggunaan produk CGT yang diteliti pada populasi pasien AD dan PD yang dituju. Untuk membedah proses sertifikasi produk GT untuk pengajuan IND, kami menyarankan untuk menghubungi FDA pada tahap awal pengembangan produk, melalui mekanisme pra-pra-IND, yaitu diskusi informal yang tidak mengikat antara pengulas dari Farmakologi/Toksikologi Cabang organisasi dan penyidik.

Saran yang diberikan oleh Pusat Evaluasi dan Penelitian Biologi (CBER)/Kantor Terapi Seluler, Jaringan dan Gen (OCTGT) akan sangat berharga untuk dipertimbangkan ketika mempersiapkan protokol akhir untuk studi praklinis definitif, serta dalam mempersiapkan berbagai bagian dokumen pengarahan untuk studi praklinis definitif. pertemuan pra-IND.

Spesies hewan yang dipilih untuk penilaian bioaktivitas dan keamanan harus menunjukkan respons biologis terhadap produk CGT yang diteliti, serupa dengan yang diharapkan pada manusia, untuk menghasilkan data guna memandu desain uji klinis.

Pertimbangan untuk menentukan spesies yang relevan meliputi hal-hal berikut: (1) perbandingan fisiologi dan anatomi dengan manusia; (2) permisif/kerentanan terhadap infeksi oleh, dan replikasi, vektor virus atau vektor mikroba untuk GT; (3) toleransi imun terhadap produk CGT manusia atau transgen manusia yang dinyatakan oleh produk GT; dan (4) kelayakan penggunaan sistem/prosedur pemberian klinis yang direncanakan.

Komentar Konklusif

Upaya untuk mendapatkan DMT yang efektif secara klinis untuk NDD terkait usia, seperti AD dan PD, telah menemui kegagalan yang signifikan, meskipun telah dilakukan penelitian selama lebih dari 40 tahun. Berbagai faktor bertanggung jawab atas tidak adanya DMT AD dan PD, dan model penyakit praklinis yang tidak memadai merupakan keterbatasan utama.

Meskipun demikian, uji klinis terhadap kandidat DMT yang diduga tidak dapat dihentikan sambil menunggu model NDD yang "sempurna". Peraturan IND saat ini berpotensi menghambat penelitian pengobatan NDD saat ini dan di masa depan karena terlalu bergantung pada data yang dihasilkan dari model hewan yang tidak memadai, sehingga semakin memperlambat kemajuan dalam mencapai DMT.

Dengan munculnya hiPSC yang diturunkan dari pasien, bidang ini memasuki era baru dalam penelitian NDD, memungkinkan penyelidikan praklinis dalam konteks latar belakang genetik setiap pasien, yang merupakan kunci dalam pengembangan DMT untuk penyakit genetik yang kompleks. Dipasangkan dengan pengeditan gen dan teknik penyampaian yang baru, hiPSC mewakili perangkat praklinis yang muncul dan menjanjikan yang memfasilitasi pemodelan penyakit dan penemuan obat.

Kesimpulannya, meskipun kegunaan model hewan pengerat sangat berharga dalam beberapa aspek evaluasi praklinis, seperti penilaian profil keamanan, bioaktivitas sistemik, dan hasil fungsional, kita perlu (1) mengakui manfaat model NDD yang dihasilkan dari hiPSCs dan mempertimbangkan kegunaannya sebagai pelengkap. platform untuk mengevaluasi kemanjuran terapeutik dalam studi praklinis, (2) berupaya meningkatkan model berbasis hewan dan sel saat ini serta model yang disesuaikan yang akan dapat diterapkan untuk evaluasi terapi pengobatan presisi, dan (3) menentukan hasil pengobatan yang terukur dari intervensi terapeutik dan dengan demikian , pilih sistem model yang paling sesuai.

INFORMASI TAMBAHAN

Informasi Tambahan dapat ditemukan online dihttps://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.01.001.

REFERENSI

1. Prince, M., Wimo, A., Guerchet, M., Ali, G.-C., Wu, Y.-T., dan Prina, M. (2015).Laporan Alzheimer Dunia 2015 Dampak Global dari Demensia Analisis Prevalensi, Insiden, Biaya, dan Tren (Alzheimer's Disease International).

2. Murray, CJL, Vos, T., dan Lopez, A.; Kolaborator Insiden dan Prevalensi Penyakit dan Cedera GBD 2015 (2016). Insiden global, regional, dan nasional, prevalensi, dan tahun hidup dengan disabilitas untuk 310 penyakit dan cedera, 1990-2015: analisis sistematis untuk Studi Beban Penyakit Global 2015. Lancet 388, 1545–1602.

3. Qiu, C., Kivipelto, M., dan von Strauss, E. (2009). Epidemiologi penyakit Alzheimer: kejadian, determinan, dan strategi menuju intervensi. Dialog Clin.Neurosci. 11, 111–128.

4. Retribusi, G. (2007). Hubungan penyakit Parkinson dengan penuaan. Lengkungan. saraf. 64,1242–1246.

5. Hebert, LE, Weuve, J., Scherr, PA, dan Evans, DA (2013). Penyakit Alzheimer di Amerika Serikat (2010-2050) diperkirakan menggunakan sensus 2010. Neurologi 80, 1778–1783.

6. Asosiasi Alzheimer (2020). Fakta dan Angka Penyakit Alzheimer 2020. Demensia Alzheimer. 16, 391–460.

7. Wimo, A., Guerchet, M., Ali, GC, Wu, YT, Prina, AM, Winblad, B., Jönsson, L.,Liu, Z., dan Prince, M. (2017). Biaya demensia di seluruh dunia pada tahun 2015 dan perbandingannya dengan tahun 2010. Demensia Alzheimer. 13, 1–7.

8. Cummings, JL, Morstorf, T., dan Zhong, K. (2014). Jalur pengembangan obat penyakit Alzheimer: sedikit kandidat, sering gagal. Res Alzheimer. Ada. 6, 37.

9. Dong, J., Cui, Y., Li, S., dan Le, W. (2016). Perawatan Farmasi Saat Ini dan Terapi Alternatif Penyakit Parkinson. Saat ini. Neurofarmakol. 14, 339–355.

10. Stoker, TB (2018). Penyakit Parkinson: Patogenesis dan Aspek Klinis., JCGreenland, ed. (Publikasi Kodon). https://doi.org/10.15586/codonpublications. Penyakit Parkinson.2018.

11. Hung, SY, dan Fu, WM (2017). Kandidat obat dalam uji klinis untuk penyakit Alzheimer. J. Biomed. Sains. 24, 47.

12. Lang, AE, dan Espay, AJ (2018). Modifikasi Penyakit pada Penyakit Parkinson: Pendekatan Saat Ini, Tantangan, dan Pertimbangan Masa Depan. Senin. Gangguan. 33.660–677.

For more information:1950477648nn@gmail.com