Pacients i científics s’alien per combatre l’Atàxia de Friedreich

Pacients i científics s’alien per combatre l’Atàxia de Friedreich

·         Afectats i familiars units en una plataforma, dues associacions de pacients i dos centres de recerca biomèdica s’uneixen en la lluita contra aquesta malaltia neurològica hereditària que a dia d’avui no té cura.

·         Científics del Centre de Biologia Molecular Severo Ochoa de Madrid i de l’IRB Barcelona desenvoluparan un projecte de teràpia gènica consistent en introduir a les cèl·lules del cos una còpia correcta del gen defectuós que causa la malaltia.

·         L’Atàxia de Friedreich afecta a dues persones per cada 100.000 habitants de mitjana, únicament d’origen europeu (caucasians). A Espanya la incidència és més gran: s’estima en 4,7 casos per cada 100.000 individus.

Barcelona, dijous 14 de novembre de 2013.- La Federació d’Atàxies d’Espanya (FEDAES) en representació de la plataforma GENEFA per a la cura de l’Atàxia de Friedreich, l’associació Babel Family per a la investigació biomèdica de l’Atàxia de Friedreich, el Centre de Biologia Molecular Severo Ochoa (CMBSO) i l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) han signat un conveni a través del qual aquestes associacions de pacients i afectats finançaran amb donacions i durant tres anys un projecte de recerca per lluitar contra l’Atàxia de Friedreich.

L’Ataxia de Friedreich és una malaltia degenerativa rara del sistema nerviós que afecta a la coordinació, equilibri i moviment. És una malaltia monogènica, és a dir, causada per la deficiència d’un únic gen. Els afectats han heretat d’ambdós progenitors el gen de la frataxina alterat. L’objectiu del projecte és obtenir eines moleculars per transportar fins les cèl·lules del cos  i en especial a un tipus de neurones que pateixen degeneració i causen la malaltia, una còpia correcta del gen defectuós per restaurar els nivells normals de frataxina i detenir els símptomes degeneratius de la malaltia.

La Plataforma GENEFA lidera la recaptació dels 300.000 euros necessaris per desenvolupar aquest projecte basat en la teràpia gènica. Juan Carlos Baiges, en representació de FEDAES/GENEFA i Babel Family per a aquest projecte, expressa la seva il·lusió “perquè és el primer pas cap a l’obtenció d’un tractament eficaç basat en coneixement científic bàsic molt sòlid”. I afegeix, “tenim un projecte esperançador per endavant que pot apropar-nos a la promesa d’una teràpia”.

Ernest Giralt de l’IRB i Javier Díaz-Nido del CBMSO, co-líders científics del projecte subratllen que “és infreqüent que els investigadors bàsics entrin en un diàleg directe amb els pacients i aquest projecte és magnífic perquè des de l’inici ens recorda que les respostes a les malalties sorgeixen des de la recerca bàsica, el pilar de tota aplicació futura”. 

UN SOL GEN ALTERAT

El metge alemany Nicholas Friedreich la va descriure per primera vegada cap el 1860. L’Atàxia de Friedreich és una malaltia del sistema nerviós per a la quual no existeixen ni cura ni tractaments específics. Encara que és el tipus d’atàxia més majoritària, és una malaltia rara. Afecta, aproximadament, a dues de cada 100.000 persones únicament entre poblacions d’origen europeu (caucasians). A Espanya i França els números estimatius d’incidència són més grans, amb una prevalença de 4,7 casos per 100.000 habitants, el que suggeriria que probablement l’afectació es va iniciar en l’àrea geogràfica de la serralada Cantàbrica.

L’Atàxia de Friedreich se sol manifestar en una franja que va dels 5 als 25 anys, amb pèrdua progressiva d’equilibri, coordinació i moviment. Uns deu anys després els primers símptomes, els afectats acostumen a necessitar cadira de rodes. L’esperança de vida es veu greument afectada, sobretot si hi ha complicacions secundàries sèries, com ara la cardiomiopatia progressiva.

RESTABLIR EL GEN DE LA FRATAXINA AMB TERÀPIA GÈNICA

EL 1996, un grup internacional de científics va identificar la causa de l’Atàxia de Friedreich com un defecte en el gen que codifica per a la proteïna frataxina, situat en el cromosoma 9. Una de les vies més prometedores per corregir els baixos nivells d’aquesta proteïna en les cèl·lules és la teràpia gènica, és a dir, introduir en el nucli de les cèl·lules la còpia correcta del gen.

“Tenim el gen complet aïllat, empaquetat en vectors o “vehicles” transportadors i hem testat l’eficàcia en cèl·lules in vitro de pacients. Ara hem de millorar el transport cap a les cèl·lules del sistema nerviós i testar l’eficiència en ratolins amb atàxia” assenyala Javier Díaz-Nido, líder del grup “Reparació neuronal i teràpia molecular en neurodegeneració. Atàxies espinocerebeloses”, del Centre de Biologia Molecular Severo Ochoa, centre mixt de la Universitat Autònoma de Madrid i del CSIC, i que també pertany al Centre de Recerca  Biomèdica en Xarxa sobre Malalties Rares (CIBERER, en castellà).

El doctor Díaz-Nido és un dels màxims experts mundials en atàxies, fa més de deu anys que estudia en concret l’Atàxia de Friedreich a nivell molecular i desenvolupa tècniques per  convertir la teràpia gènica en una realitat més pròxima. “En els deu darrers anys s’han fet grans avançaments en teràpia gènica gràcies a la contribució de centenars de científics de tot el món. Falta un últim esforç perquè sigui una realitat clínica però ja comencem a entreveure que la teràpia gènica serà una opció per tractar aquestes malalties d’origen genètic”, sosté Díaz-Nido. 

SUPERAR LA BARRERA DEL CERVELL

El cervell està protegit per la barrera hematoencefàlica. Aquesta barrera dificulta l’entrada al cervell de substàncies tòxiques però també és un mur per als fàrmacs. És en aquesta àrea de coneixement on és crucial la col·laboració amb Ernest Giralt en el projecte. El doctor Giralt és líder del grup “Disseny, síntesi i estructura de pèptids i proteïnes” i coordinador del programa de Química i Farmacologia Molecular de l’IRB Barcelona, amb una llarga experiència i reconeixement internacional sobre la química de pèptids i sistemes d’administració de fàrmacs. En el seu laboratori han generat i provat satisfactòriament una sèrie de pèptids “llançadora” capaços de creuar la barrera hematoencefàlica. “La nostra principal missió és adaptar les nostres “llançadores” als vectors carregats amb el gen de la frataxina perquè  puguin franquejar primer la barrera hematoencefàlica i introduir-se després en el nucli de les cèl·lules del sistema nerviós”, indica Meritxell Teixidó, investigadora associada de l’IRB i responsable d’aquesta línia de recerca.

El treball conjunt s’inicia aquest novembre de 2013 amb un termini de tres anys. En aquest temps, l’equip de científics espera tenir enllestida la prova de concepte que permeti  saltar de la ciència bàsica de laboratori a proves pre-clíniques amb models animals més sofisticats i avançar cap a una teràpia gènica per a l’Atàxia de Friedreich.

Per a més informació:

Sònia Armengou

Oficina de Premsa

Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona)

93 403 72 55 / 618 294 070

Més informació sobre el projecte i gestió dels donatius: Plataforma Genefa: http://www.genefa.org/

Pacientes y científicos se alían para combatir la Ataxia de Friedreich

Pacientes y científicos se alían para combatir laAtaxia de Friedreich

·         Afectados y familiares unidos en una plataforma, dos asociaciones de pacientes y dos centros de investigación biomédica se unen en la lucha contra esta enfermedad neurológica hereditaria que a día de hoy no tiene cura.

·         Científicos del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa de Madrid y del IRB Barcelona desarrollarán un proyecto de terapia génica consistente en introducir en las células del cuerpo una copia correcta del gen defectuoso que causa la enfermedad.

·         La Ataxia de Friedreich afecta a dos personas por cada 100.000 habitantes de media, únicamente de origen europeo (caucasianos). En España la incidencia es mayor: se estima en 4,6 casos por cada 100.000 individuos.

Barcelona, jueves 14 de noviembre de 2013.- La Federación de Ataxias de España (FEDAES) en representación de la plataforma GENEFA para la cura de la Ataxia de Friedreich, la asociación Babel Family para la investigación biomédica de la Ataxia de Friedreich, el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CMBSO) y el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) han firmado un convenio a través del cual dichas asociaciones de pacientes y afectados financiarán con donaciones y durante tres años un proyecto de investigación para atajar la Ataxia de Friedreich.

La Ataxia de Friedreich es una enfermedad degenerativa rara del sistema nervioso que afecta a la coordinación, equilibrio y movimiento. Es una enfermedad monogénica, es decir, causada por la deficiencia de un único gen. Los afectados han heredado de ambos progenitores el gen de la frataxina alterado. El objetivo del proyecto es obtener herramientas moleculares para transportar hasta las células del cuerpo y en especial a un tipo de neuronas que sufren degeneración y causan la enfermedad, una copia correcta del gen defectuoso para restaurar los niveles normales de frataxina y detener los síntomas degenerativos de la enfermedad.

La Plataforma GENEFA lidera la recaudación de los 300.000 euros necesarios para desarrollar este proyecto basado en la terapia génica. Juan Carlos Baiges, en representación de FEDAES/GENEFA y Babel Family para este proyecto expresa su ilusión “porque es el primer paso hacia la obtención de un tratamiento eficaz basado en conocimiento científico básico muy sólido”. Y añade, “tenemos un proyecto esperanzador por delante que puede acercarnos a la promesa de una terapia”.

Ernest Giralt del IRB y Javier Díaz-Nido del CBMSO, colíderes científicos del proyecto subrayan que “es infrecuente que los investigadores básicos entren en un diálogo directo con los pacientes y este proyecto es magnífico porque desde el inicio nos recuerda que las respuestas a las enfermedades surgen desde la investigación básica, el pilar de toda aplicación futura”. 

UN SÓLO GEN ALTERADO

El médico alemán Nicholas Friedreich la describió por primera vez hacia 1860. La Ataxia de Friedreich es una enfermedad del sistema nervioso para la cual no existen ni cura ni tratamientos específicos. Aún siendo la más común de todos los tipos de ataxia, es una enfermedad rara. Afecta, aproximadamente, a dos de cada 100.000 personas únicamente entre poblaciones de origen europeo (caucasianos). En España y Francia los números estimativos de incidencia son mayores, con una prevalencia de 4,7 casos por 100.000 habitantes, lo que sugeriría que probablemente la afectación se inició en el área geográfica de la cordillera Cantábrica.

La Ataxia de Friedreich se manifiesta normalmente entre los 5 y los 25 años de edad, con pérdida progresiva de equilibrio, coordinación y movimiento. Unos diez años después de los primeros síntomas, los afectados suelen precisar silla de ruedas. La esperanza de vida se ve gravemente afectada, sobre todo si hay complicaciones secundarias serias, como la cardiomiopatía progresiva.

RESTABLECER EL GEN DE LA FRATAXINA CON TERAPIA GÉNICA

En 1996, un grupo internacional de científicos identificó la causa de la Ataxia de Friedreich como un defecto en el gen que codifica para la proteína frataxina, situado en el cromosoma 9. Una de las vías más prometedoras para corregir los bajos niveles de esta proteína en las células es la terapia génica, tratando de introducir en el núcleo de las células la copia correcta del gen.

“Tenemos el gen completo aislado, empaquetado en vectores o “vehículos” transportadores y hemos testado la eficacia en células in vitro de pacientes. Ahora debemos mejorar el transporte hacia las células del sistema nervioso y testar la eficiencia en ratones con ataxia” señala Javier Díaz-Nido, líder del grupo “Reparación neuronal y terapia molecular en neurodegeneración. Ataxias espinocerebelosas”, del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, centro mixto de la Universidad Autónoma de Madrid y del CSIC, que también pertenece al Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Raras (CIBERER).

El doctor Díaz-Nido es uno de los máximos expertos mundiales en ataxias, lleva más de diez años estudiando en concreto la Ataxia de Friedreich a nivel molecular y desarrollando técnicas para convertir la terapia génica en una realidad más próxima. “En los diez últimos años se han hecho grandes avances en terapia génica gracias a la contribución a nivel mundial de cientos de científicos. Falta un último esfuerzo para que sea una realidad clínica pero empezamos a vislumbrar ya que la terapia génica será una opción para el tratamiento de estas enfermedades de origen genético”, sostiene Díaz-Nido. 

     Foto. Transferencia del gen de la frataxina a neuronas en cultivo. Cultivos de neuronas granulares de ratón fueron tratados con  un vector viral portador del gen de la frataxina. Se observa en color amarillo la localización de la frataxina expresada que se  encuentra principalmente en las mitocondrias de las neuronas.

SUPERAR LA BARRERA DEL CEREBRO

El cerebro está protegido por la barrera hematoencefálica. Dicha barrera dificulta la entrada en el cerebro de sustancias tóxicas pero también es un muro para los fármacos. Es en esta área de conocimiento donde es crucial la colaboración con Ernest Giralt en el proyecto. El doctor Giralt es líder del grupo “Diseño, síntesis y estructura de péptidos y proteínas” y Coordinador del programa de Química y Farmacología Molecular del IRB Barcelona, con una larga experiencia y reconocimiento internacional sobre la química de péptidos y sistemas de administración de fármacos. En su laboratorio han generado y probado satisfactoriamente una serie de péptidos “lanzadera” capaces de cruzar la barrera hematoencefálica. “Nuestra principal misión es adaptar nuestras “lanzaderas” a los vectores cargados con el gen de la frataxina para que puedan franquear primero la barrera hematoencefálica e introducirse después en el núcleo de las células del sistema nervioso”, indica Meritxell Teixidó, investigadora asociada del IRB y responsable de esta línea de investigación.

El trabajo conjunto se inicia este noviembre de 2013 con un plazo de tres años. En este tiempo, el equipo de científicos espera tener lista la prueba de concepto que permita saltar de la ciencia básica de laboratorio a pruebas pre-clínicas con modelos animales más sofisticados y avanzar hacia una terapia génica para la Ataxia de Friedreich.

Para más información:

Sònia Armengou

Oficina de Prensa

Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona)

93 403 72 55 / 618 294 070

Más información sobre el proyecto y gestión de donativos: Plataforma Genefa: http://www.genefa.org/

Patients and scientists join forces to tackle Friedreich’s Ataxia

Patients and scientists join forces to tackle Friedreich’s Ataxia

• Patients and their families united in a single platform, two patients’ associations, and two biomedical research centres join forces in the fight against this hereditary neurological disease for which there is still has no cure.

• Scientists at the “Centro de Biología Molecular Severo Ochoa” in Madrid and IRB Barcelona develop a gene therapy project that involves introducing into the body’s cells a correct copy of the defective gene that causes the disease.

• Friedreich’s Ataxia affects approximately 2 in every 100,000 people of European origin (Caucasians). In Spain the incidence of this disease is higher, with an estimated 4.7 cases per 100,000 population.

Barcelona, Thursday 14 November 2013.- The Spanish Federation of Ataxia (FEDAES)—in representation of the GENEFA Platform for a Friedreich's Ataxia cure—, the Babel Family association for biomedical research into Friedreich’s Ataxia, the “Centro de Biología Molecular Severo Ochoa” (CMBSO), and the Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona) have signed an agreement through which these patients’ associations will fund, by means of donations, a 3-year research project addressing Friedreich’s Ataxia.

Friedreich’s Ataxia is a rare degenerative disease of the nervous system that affects coordination, balance and movement. It is a monogenic disease, that is to say, it is caused by a defect in only one gene. Those affected by this disorder have inherited an altered frataxin gene from both parents. The project aims to develop molecular tools to transport a correct copy of the defective gene to all the cells of the body and particularly to a kind of neuron that undergoes degeneration and causes the disease. This approach seeks to restore the normal levels of frataxin and to stop the manifestation of the degenerative symptoms of the disease.

The GENEFA Platform heads the money-raising campaign to collect the 300,000 euros required to develop this gene therapy project. Juan Carlos Baiges, in representation of FEDAES/GENEFA and the Babel Family for this project, expresses his enthusiasm, “it is the first step towards achieving an effective treatment based on solid basic research knowledge”, and adds, “we have a motivating project ahead that may lead us closer to a treatment.”

Ernest Giralt, at IRB Barcelona, and Javier Díaz-Nido, at CBMSO, scientific co-leaders of the project, stress that, “it is uncommon for basic researchers to have direct contact with patients and this project is fantastic because it reminds us that the solutions to diseases derive from basic research, the cornerstone of future applications.”

A SINGLE ALTERED GENE

The German physician Nicholas Friedreich described the disease for the first time around 1860. Friedreich’s Ataxia is a disease that affects the nervous system and for which there is no cure or specific treatments. Although Friedreich’s Ataxia is the most common kind of ataxia, it is a rare condition. It affects approximately 2 in every 100,000 people of European origin (Caucasians). In Spain and France the incidence of this disease is higher, with a prevalence of 4.7 cases per 100,000 population, suggesting that this disease probably originated in the geographic area of the Cantabrian mountain range.

Friedreich’s Ataxia normally appears before the ages of 5 and 25, causing progressive loss of balance, coordination and movement. About ten years after the onset of the first symptoms, those affected usually become wheelchair-bound. Life expectancy is severely reduced, above all when there are serious secondary complications, such as progressive cardiomyopathy.

RESTORING THE FRATAXIN GENE THROUGH GENE THERAPY

In 1996, an international group of scientists identified the cause of Friedreich’s Ataxia as a defect in a gene that codes for the protein frataxin, located in chromosome 9. One of the most promising strategies to correct the low cellular levels of this protein is through gene therapy, by attempting to introduce a correct copy of the gene into cell nuclei.

“We have fully isolated the gene and packaged it in transport vectors or “vehicles” and we have tested its efficiency in patient cells in vitro. Now we have to improve transport to the cells of the nervous system and test the efficiency in mice with ataxia,” explains Javier Díaz-Nido, head of the group “Neuronal repair and molecular therapy in neurodegeneration. Spinocerebellar Ataxias” at the CBMSO, a centre comprising the “Universidad Autónoma de Madrid” and the CSIC, and that is also a member of the Centre for Biomedical Network Research on Rare Diseases (CIBERER).

The physician Díaz-Nido is a world authority on ataxias, having devoted more than ten years to studying Friedreich’s Ataxia at the molecular level and developing techniques to make gene therapy a reality. “The last ten years have witnessed great advances in gene therapy thanks to the contributions of hundreds of scientists worldwide. The last step is still pending for it to become a clinical option, but we are beginning to envisage that gene therapy will be possible for the treatment of such diseases of genetic origin,” maintains Díaz-Nido.

OVERCOMING THE BRAIN BARRIER

The brain is protected by the blood-brain barrier. This barrier serves to prevent toxic substances from entering the brain but it also obstructs the entry of therapeutic drugs. In this regard, collaboration with Ernest Giralt is critical. Prof. Giralt, head of the group “Design, synthesis and structure of peptides and proteins” and coordinator of the Chemistry and Molecular Pharmacology Programme at IRB Barcelona, has extensive experience and his expertise in peptide chemistry and drug delivery systems is internationally recognised. His laboratory has generated and satisfactorily tested a set of shuttle peptides able to cross the blood-brain barrier. “Our main goal is to adapt our shuttles to the vectors carrying the frataxin gene to enable them to cross the blood-brain barrier and then enter the nuclei of the cells of the nervous system,” explains Meritxell Teixidó, associate researcher at IRB Barcelona and responsible for this research line.

The joint research project begins in November 2013 and will last for three years. During this time, the team of scientists hopes to prepare the proof-of-concept that will allow the leap from basic lab research to preclinical trials in more sophisticated animal models and advancement towards a gene therapy for Friedreich’s Ataxia.

For more information:
Sònia Armengou
Oficina de Prensa
Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona)
93 403 72 55 / 618 294 070

Fore more information on the project: “Plataforma Genefa”: http://www.genefa.org/home/

Arrhythmias in Patients With Neurologic Disorders

Arrhythmias in Patients With Neurologic Disorders. William J. Groh; Cardiac Electrophysiology: From Cell to Bedside (Sixth Edition), 2014, Pages 993-999

Keywords: Friedreich's Ataxia, Muscular Dystrophies, Type 1 and Type 2 Myotonic Dystrophies, Emery-Dreifuss Muscular Dystrophies and Associated Disorders, Limb-Girdle Muscular Dystrophies, Facioscapulohumeral Muscular Dystrophy, Periodic Paralyses, Mitochondrial Disorders, Guillain-Barré Syndrome, Myasthenia Gravis, Epilepsy, Acute Cerebrovascular Disease.

Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no virales para mejorar su distribución a través de la barrera hematoencefálica.

Proyecto de investigación

Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no virales para mejorar su distribución a través de la barrera hematoencefálica.
 
Investigadores Principales:
 
Javier Díaz-Nido
Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (UAM-CSIC), Universidad Autónoma de Madrid; CIBER de Enfermedades Raras (CIBERER).
 
Ernest Giralt
IRB Barcelona; Universitat de Barcelona.
 Antecedentes y estado actual de la investigación:
 
La terapia génica constituye una vía prometedora para el tratamiento de enfermedades monogénicas como la ataxia de Friedreich (AF). En la actualidad existen distintos grupos de investigación trabajando con distintos vectores virales (adenoasociados, lentivirales y herpesvirales) con el objetivo de desarrollar una terapia génica para la AF.
 
Los vectores herpesvirales destacan por su capacidad para acomodar el gen completo de la frataxina (con todas sus secuencias reguladoras). El uso del gen completo presenta importantes ventajas (frente al uso de minigenes controlados por promotores exógenos) ya que se asegura una expresión fisiológica del gen (también en respuesta a diferentes señales y estados fisiológicos), así como un correcto y completo procesamiento del RNA transcrito (permitiendo la expresión de todas las isoformas de la frataxina de una manera fisiológica).
 
El reto más importante para asegurar una buena eficiencia de la terapia génica consiste en asegurar una amplia distribución del vector portador del gen de la frataxina a todas las regiones del sistema nervioso que están afectadas (de manera muy particular a los ganglios espinales, médula espinal y cerebelo).
 
En este contexto el desarrollo de “vehículos” portadores del gen de la frataxina y que sean capaces de atravesar la barrera hematoencefálica constituiría un avance fundamental para asegurar una amplia distribución del gen.
 
La barrera hematoencefálica es una barrera muy selectiva que impide el paso de la mayoría de las moléculas de la sangre al sistema nervioso. Sin embargo, se ha demostrado recientemente que algunos péptidos (denominados “lanzaderas”) pueden atravesar dicha barrera así como permitir el transporte de “cargos” con distintas propiedades fisicoquímicas. Así, por ejemplo, nanopartículas de oro recubiertas con un péptido capaz de interaccionar con el receptor de la transferrina son capaces de atravesar la barrera hematoencefálica.
 
Nuestra intención con este proyecto es utilizar estos péptidos “lanzadera”, junto con otros péptidos funcionales, para modificar los vectores herpesvirales, así como desarrollar nuevos “vehículos” basados en nanopartículas sintéticas, que sean capaces de distribuir de una manera eficiente el gen de la frataxina en el sistema nervioso.
 
 
Resumen del proyecto:
 
El objetivo principal de este proyecto es la generación de nuevas herramientas moleculares, incluyendo vectores virales modificados y nanopartículas sintéticas, que puedan ser transportadas de manera activa y selectiva a través de la barrera hematoencefálica de manera que resulten eficientes para la terapia génica de la ataxia de Friedreich (AF).
 
Este proyecto pretende avanzar en la distribución de genes al sistema nervioso mediante la combinación de vectores ya conocidos (como son los vectores herpesvirales y las nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG) con nuevos péptidos que pueden atravesar la barrera hematoencefálica actuando como lanzaderas (BBB shuttles), péptidos “localizadores” que dirigen los vectores a células diana específicas (HPs, del inglés “homing peptides”), y péptidos capaces de entrar dentro de las células (denominados CPPs, del inglés “cell penetrating peptides”).
 
Más específicamente, nuestro proyecto pretende transportar el ADN que codifica la frataxina (cuya deficiencia es la causa de la enfermedad) utilizando vectores virales y no-virales recubiertos de los  péptidos lanzadera (BBB shuttles) que pueden atravesar la barrera hematoencefálica, así como de péptidos directores (HPs) y de péptidos capaces de entrar dentro de las células (CPPs).
 
Los vectores herpesvirales derivados del virus HSV1 ya han demostrado ser muy eficaces en la transferencia de genes a neuronas, además de poseer una gran capacidad que les permite transportar genes completos con todas sus secuencias reguladoras, pero carecen de la capacidad de atravesar la barrera hematoencefálica en condiciones normales. La modificación de estos vectores virales con péptidos lanzadera puede permitir su transporte a través de la barrera hematoencefálica y así mejorar de manera muy importante su distribución en el sistema nervioso.
 
Las nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG presentan algunas ventajas importantes, ya que son fáciles de preparar a gran escala y tienen generalmente menos efectos pro-inflamatorios que las partículas virales. De hecho, estas nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG son aceptadas por las autoridades reguladoras como un material seguro y están siendo utilizadas como vehículos de suministro de fármacos. Sin embargo, para convertirse en eficientes vectores de transferencia génica, estas nanopartículas deben adquirir nuevas funcionalidades. La decoración de la superficie de estas nanopartículas sintéticas con varios péptidos que actúen como péptidos lanzadera (BBB shuttles), HPs y CPPs, podría permitir una eficiente distribución de las mismas dentro del sistema nervioso.
 
En este proyecto evaluaremos la eficiencia de la transferencia génica, la posible toxicidad y la eficacia terapéutica de los diferentes vectores modificados (virales y no –virales) en modelos de células humanas y en ratones.
 
Para alcanzar este objetivo, el proyecto reúne dos grupos de investigación que aportan conocimientos y tecnologías complementarias. El Grupo del Dr. Diaz-Nido en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa tiene experiencia en modelos experimentales y estrategias de terapia molecular para enfermedades neurodegenerativas con un énfasis en la ataxia de Friedreich. El Grupo del Dr. Giralt en el IRB Barcelona tiene una experiencia en el campo de la química de péptidos y su aplicación a la biomedicina y es un referente internacional en este campo. De gran importancia para este proyecto son sus desarrollos recientes en los péptidos “lanzadera” y en los sistemas de administración de fármacos.

 

Gene therapy for Friedreich’s ataxia based on the modification of viral and non-viral vectors to improve their delivery across the blood brain barrier.

Research Project

Gene therapy for Friedreich’s ataxia based on the modification of viral and non-viral vectors to improve their delivery across the blood brain barrier.
 
Principal Investigators:
 
Javier Díaz-Nido
Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (UAM-CSIC), Universidad Autónoma de Madrid; CIBER de Enfermedades Raras (CIBERER).
 
Ernest Giralt
IRB Barcelona; Universitat de Barcelona.
 
Background and state of the art:
 
As a monogenic disease, Friedreich´s ataxia (FA) seems amenable to be treated through gene therapy. The feasibility of a gene therapy approach for FA through the introduction of correct copies of the frataxin gene using distinct lentiviral, adenoassociated and herpesviral vectors has been demonstrated in cell models and in an in vivo mouse models. Among viral vectors, herpes simplex type 1 (HSV-1)-derived vectors are unique by their ability to accommodate the whole genomic locus of Fxn. The use of whole genomic loci has important advantages for gene therapy (when compared with the use of cDNAs controlled by exogenous promoters) since genomic loci contain all the endogenous regulatory sequences controlling their expression (also in response to different physiological signals) as well as the signals controlling their alternative splicing and may therefore generate all the different protein isoforms in a physiological manner.
 
However, the delivery of gene vectors to neurons in all the affected sites of the nervous system constitutes the major challenge for a successful gene therapy approach in the case of FA.
 
In this context, the development of novel DNA nanocarriers carrying the whole genomic locus of Fxn and equipped with a higher capacity to cross the Blood Brain Barrier (BBB) may constitute an important breakthrough in the development of a gene therapy for FA.
 
The BBB is a highly restrictive barrier that prevents the passage of the vast majority of compounds from the blood to the nervous system. Interestingly, it has recently been shown that peptides can act as efficient vectors (BBB-shuttles) to carry a range of molecules with therapeutic properties of interest (cargoes) into the nervous system, independently of the physico-chemical properties of the cargo.  In this context, Giralt’s group has recently demonstrated the efficiency of peptídic BBB shuttles by showing the delivery of gold nanoparticles to the brain by conjugation with a peptide that recognizes the transferrin receptor.
 
Accordingly, this project aims to generate new modified viral vectors and viral-free synthetic nanoparticles for highly efficient DNA delivery into the nervous system that may facilitate gene therapy for Friedreich’s ataxia (FA). More specifically, we plan a strategy where a DNA encoding for frataxin will be actively delivered through the blood-brain barrier (BBB) with the help of novel nanocarriers including modified viral vectors and synthetic nanoparticles.
 
Summary:
 
This project aims to generate new molecular tools, including modified viral vectors and viral-free nanoparticles, for highly efficient DNA delivery into the nervous system that may facilitate gene therapy for Friedreich’s ataxia (FA).
 
The project addresses the design and development of novel gene delivery systems formed by either a modified viral vector or a synthetic nanoparticle (based on PLGA-PEG nanoparticles) which will cross the blood-brain barrier (BBB) thanks to novel peptides able to carry cargoes through the BBB (which are referred to as BBB-shuttles). These peptidic BBB shuttles will decorate the surface of both viral vectors and synthetic nanoparticles. To reach the target cells, the surface of these gene delivery nanocarriers will also be decorated with homing peptides (HPs) that will target the constructs to neurons, and cell-penetrating peptides (CPPs) that will allow the transport across cell membranes.
 
This project tries to go significantly beyond the state of the art in gene delivery to the nervous system by combining the properties of two well-known DNA nanocarriers (such as viral vectors and PLGA-PEG nanoparticles) with the functional targeting properties of novel peptides that function as BBB-shuttles, HPs and CPPs.
 
Herpesviral vectors have demonstrated to be efficient gene delivery systems with the ability to accommodate whole genomic loci (which favor physiological gene expression as well as the generation of different protein isoforms arising from alternative splicing), but lack the ability to cross the BBB. Modification of these viral vectors with BBB-shuttles may render them able to be transported through the BBB.
 
Synthetic PLGA-PEG nanoparticles are highly advantageous as delivery vehicles since they are very simple to prepare and scale-up and have generally less pro-inflammatory effects than viral particles. PLGA-PEG -based nanoparticles are accepted by regulators as a safe material and are being used as drug delivery vehicles. These nanoparticles will be decorated with several peptides acting as BBB-shuttles, HPs and CPPs in order to improve their gene-delivery efficiency to the nervous system.
 
In this project we will compare the gene transfer efficiency, toxicity and therapeutic activity of the different gene delivery nanocarriers in suitable human cell and mouse models of FA in order to find the most promising candidate for further development.
 
To reach this goal the project assembles two partners that will contribute complementary knowledge and technology. Diaz-Nido’s group at Centro de Biología Molecular Severo Ochoa has expertise in experimental models and molecular therapy strategies for neurodegenerative diseases with an emphasis on Friedreich’s ataxia. Giralt’s group at IRB Barcelona has a long-term expertise in the field of peptide chemistry and its application to biomedicine and is an international reference in this field. Of major relevance to this project are his recent developments on peptidic BBB shuttles and drug delivery systems. This unique blend of expertise is crucial for the success of this project which goes from the synthesis of novel DNA nanocarriers to their biological evaluation in cell and mouse models of FA.
 
Specific Aims of the Project
 
The project is focused on generating novel molecular tools to alleviate the neurodegenerative component of FA by means of therapeutic approaches that take advantage of active targeting to cross the blood-brain barrier (BBB). More specifically, we plan a strategy where a DNA encoding for frataxin will be delivered through the BBB with the help of modified viral vectors and PLGA-PEG nanoparticles. To reach the target cell, the surface of these delivery nanosystems will be decorated with peptides able to transport cargoes though the BBB (which are referred to as BBB-shuttles), homing peptides (HPs) that will target the constructs to neurons, and cell-penetrating peptides (CPPs).