La voie à suivre pour faire progresser les études précliniques sur les maladies neurodégénératives liées à l'âge : une perspective sur les modèles dérivés de rongeurs et de HiPSC, partie 6

Modelage du vieillissement "dans un plat"

Induire des signatures cellulaires morphologiques et fonctionnelles liées à l'âge. Alors que la modélisation des troubles neuro-développementaux (par exemple, atrophie musculaire spinale, encéphalite herpétique simplex primitive) avec hiPSC a été couronnée de succès, il est beaucoup plus difficile de récapituler avec précision les phénotypes des maladies liées à l'âge, telles que la MA et la MP.

L'encéphalite est une maladie courante qui affecte le cerveau humain et peut même entraîner la mort dans les cas graves. L'encéphalite peut avoir des effets extrêmement négatifs sur de nombreux systèmes du corps humain, tels que les systèmes nerveux et respiratoire. Cependant, l’impact sur la mémoire est bidirectionnel.

L'encéphalite peut affecter la mémoire du corps humain. Certains patients perdent beaucoup de mémoire lorsque leur pathologie est grave. En effet, l’encéphalite provoque des dommages au cerveau humain, entraînant des problèmes de transmission et de réception des signaux. Cela peut entraîner des problèmes de mémoire à court et à long terme, qui dépendent de l’étendue des lésions cérébrales.

Cependant, pendant le traitement de l'encéphalite, la mémoire du corps humain se rétablira lentement. En effet, pendant le processus de traitement, les médecins fourniront aux patients des médicaments spéciaux pour restaurer progressivement la santé des cellules nerveuses, améliorant ainsi la mémoire du corps humain.

Cela rappelle également que pour certaines personnes sujettes à l'encéphalite, il est également très important de détendre et de renforcer le système immunitaire, ce qui peut les aider à se tenir à l'écart du danger d'encéphalite. Par exemple, participez à des activités plus saines, évitez de vous coucher tard pendant une longue période et mangez des aliments plus nutritifs.

Bref, même si l'encéphalite affectera la mémoire du corps humain, cet effet s'atténuera au fur et à mesure de la progression du traitement. Faire face correctement à la maladie, maintenir un mode de vie sain et la traiter activement peut nous faire vivre une vie plus positive, nous permettre de chérir davantage la vie et de passer chaque jour heureux. On voit que nous devons améliorer la mémoire. Cistanche peut améliorer considérablement la mémoire car il peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme l'augmentation des niveaux d'acétylcholine et de facteurs de croissance, qui sont très importants pour la mémoire et l'apprentissage. En outre, Cistanche peut également améliorer la circulation sanguine et favoriser l'apport d'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive suffisamment de nutrition et d'énergie, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance.

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La reprogrammation des cellules somatiques pour générer des hiPSC efface les signatures d'âge moléculaire des cellules donneuses et les ramène aux stades de développement fœtal.2,219,220 En tant que tel, le domaine a conçu diverses stratégies inventives pour accélérer le vieillissement et/ou la maturation cellulaire afin de surmonter cette limitation, y compris la surexpression ectopique de protéines liées au vieillissement, telles que la progérine221, a induit un raccourcissement artificiel des télomères222 et l'exposition à diverses toxines provoquant un dysfonctionnement mitochondrial et un stress oxydatif.223,224Une autre stratégie pour induire le vieillissement a été développée par le laboratoire ChibaFalek144 et utilise passages multiples des PNJ pour imiter les processus naturels de vieillissement.

Cette stratégie représente une alternative intéressante par rapport aux méthodes précédentes décrites ci-dessus, car elle réduit les phénotypes artificiels potentiels, conséquence de l'exposition à des toxines ou de l'expression ectopique, et repose sur un processus plus naturel pour induire le vieillissement dans les modèles cellulaires de NDD. Cellules somatiques aux modèles neuronaux.

Alternativement, des méthodes connues sous le nom de « lignée/conversion directe » ou « transdifférenciation » ont été développées pour conserver l’âge du donneur et préserver les signatures moléculaires « âgées ».

Cette approche est basée sur la reprogrammation directe de cellules somatiques humaines, telles que les fibroblastes, en neurones grâce à la fourniture de divers facteurs de transcription spécifiques à la lignée cellulaire, sans étape intermédiaire de dédifférenciation en hiPSC.225–227 Un exemple est la génération de cellules induites par la DA. neurones (iN) directement à partir de fibroblastes embryonnaires de souris228 et d'astrocytes humains229 comme moyen de produire un système modèle plus approprié pour étudier la neurodégénérescence humaine liée à l'âge.

En effet, ces méthodes permettent de préserver les effets du vieillissement sur le génome. En fin de compte, des lignes directrices visant à remédier aux limitations biologiques et techniques liées au travail hiPSC, en particulier les différences entre les donneurs hiPSC, l'authentification de la pureté de la culture dérivée et la stabilité génétique, devraient être prises en compte. contrôler la variabilité des modèles dérivés de hiPSC et garantir des résultats robustes et un haut degré de reproductibilité.

Orientations futures des applications hiPSC dans le contexte des NDD Médecine personnalisée et dépistage des médicaments

La MA et la MP présentent une grande variabilité et hétérogénéité des symptômes ; ainsi, ces pathologies peuvent chacune représenter un groupe de sous-types de maladies230,231, ce qui constitue une considération essentielle dans la conception des essais cliniques lors de la progression des DMT putatifs dans le pipeline de développement de médicaments.

Kondo et al.232 ont montré que les hiPSC dérivées de patients fAD et sAD présentaient une réactivité médicamenteuse différente au traitement par l'acide docosahexaénoïque (DHA), un médicament qui avait précédemment échoué dans les essais cliniques sur la MA.

Ces données indiquent différents sous-types de MA qui possèdent différentes réponses cliniques au traitement. Il est donc nécessaire de stratifier les participants à l'étude pour obtenir un bénéfice dans les essais cliniques, ce qui implique que plusieurs traitements qui ont échoué lors des essais cliniques peuvent encore avoir le potentiel d'être efficaces dans certains sous-types définis de MA.

L'amélioration des modèles précliniques actuels facilitera une évaluation précise des médicaments existants et nouveaux en définissant de meilleurs mesures de résultats et/ou des populations de patients appropriées.

Kondo et al.232 ont en outre démontré l'utilité des modèles AD dérivés de hiPSC pour le criblage à haut débit d'un panel de composés thérapeutiques putatifs en utilisant des phénotypes de maladie précédemment établis comme mesures de résultats, à savoir la capacité à réduire le rapport Ab42:Ab40 dans les neurones dérivés de 13 Lignes hiPSC de patients AD.

Six composés principaux ont pu réduire considérablement l'Ab42:Ab40 neuronal ; cependant, l'un des composés contenant un « cocktail » de cromolyn, de topiramate et de bromocriptine n'a sauvé ce phénotype de maladie que dans les neurones hiPSC dérivés de patients atteints de MA.232 La susceptibilité génétique des patients à divers facteurs environnementaux a également été explorée dans des modèles de MP dérivés de hiPSC, qui ont été inversé avec GT,174,233 fournissant une validation de preuve de concept pour une approche personnalisée de l'intervention thérapeutique.

Dans l'ensemble, le développement ultérieur de la technologie hiPSC pourrait à terme permettre aux chercheurs de stratifier les patients en fonction de facteurs de risque génétiques spécifiques afin d'évaluer les différentes réponses des sous-populations génétiques au traitement.

Approches régénératives de la neurodégénérescence

La capacité des neurones cérébraux à se régénérer en réponse à une blessure est minime ; avec la neurogenèse adulte limitée à quelques régions cérébrales sélectionnées et dans les maladies caractérisées par une neurodégénérescence chronique, telles que la MA et la MP, les déficiences cognitives et comportementales qui en résultent sont irréversibles.

Les pistes les plus intéressantes émergeant de la technologie hiPSC sont les stratégies d’ingénierie tissulaire visant à régénérer le tissu neuronal perdu grâce à la greffe de hiPSC.

Ces stratégies thérapeutiques révolutionnaires exploitent la capacité des hiPSC à se différencier en plusieurs sous-classes de cellules neurales et gliales. Alors que le concept de transplantation de hiPSC pour stimuler la régénération tissulaire en est encore à ses débuts, il s'agit d'un domaine en développement rapide, et des preuves récentes ont démontré que la transplantation Les hiPSC et les CSE peuvent être bénéfiques pour de multiples maladies, notamment la dégénérescence maculaire liée à l’âge234,235 et les lésions de la moelle épinière.236

Plus pertinent ici, un essai clinique récent mené par Song et al.,237qui impliquait la transplantation de neurones DA autologues dérivés de hiPSC chez des patients atteints de MP, a restauré efficacement les déficits moteurs pour la première fois. Cette étude révolutionnaire fournit la preuve de concept selon laquelle de telles techniques de transplantation basées sur hiPSC constituent la plate-forme parfaite pour une thérapie régénérative réussie dans les NDD.

Néanmoins, il est important de reconnaître que la transplantation de hiPSC s'accompagne de divers défis, notamment le risque de tumorigénicité et de rejet du greffon par le patient.238,239 Pour atténuer cet obstacle, diverses stratégies d'évasion immunitaire visant à surmonter le rejet immunitaire sont actuellement développées.240,241.

Combinées à leurs propriétés auto-régénératrices, les hiPSC possèdent de nombreuses caractéristiques hautement souhaitables pour la médecine régénérative personnalisée et en font le candidat idéal pour les thérapies basées sur la régénération dans les troubles du SNC.242-245 La transplantation de hiPSC ouvre la voie à des stratégies thérapeutiques visant non seulement à récupérer les tissus perdus. mais aussi la nécessité d'un DMT en utilisant des cellules génétiquement corrigées.

Issus de patients, les hiPSC peuvent subir un traitement de modification génétique in vitro, par exemple grâce à la technologie CRISPR-Cas9, pour une correction ciblée du gène muté.

Par la suite, les cellules génétiquement corrigées pourraient être remplacées chez le patient clinique. De telles constructions modifiant l'ADN resteraient idéalement épisomiques et seraient auto-inactivantes au moment où le tissu serait transplanté au patient afin de réduire la probabilité d'effets hors cible.

Une feuille de route pour la soumission de nouveaux produits expérimentaux (IP) pour traiter la MP et la MA

Aperçu du pipeline de développement actuel pour les IP

Les études précliniques sur les nouveaux traitements contre la MP et la MA sont importantes dans le pipeline de développement des IP. Les objectifs d'un programme préclinique complet pour la thérapie cellulaire et les GT IP (CGTIP) sont les suivants : (1) établissement de la plausibilité biologique (sélection de la cible) ; (2) identification des niveaux de dose biologiquement actifs (développement et optimisation du composé principal) ; (3) sélection du niveau de dose initial potentiel, du calendrier d'augmentation de la dose et du schéma posologique pour les essais cliniques ; et (4) l'établissement de la faisabilité et de la sécurité raisonnable de la voie d'administration clinique (ROA) proposée par la CGT-IP.

Ces étapes sont cruciales dans la préparation des produits pour les demandes de drogue nouvelle de recherche (IND) et les demandes de licence de produits biologiques (BLA). (1) un engagement et une efficacité cibles faibles et (4) un profil de sécurité insatisfaisant sont parmi les raisons les plus courantes des échecs des CGT-IP pour les traitements contre la MP et la MA (Figure 2).

En outre, une récente étude rétrospective des approbations retardées ou refusées de nouvelles entités médicales par la FDA entre 2000 et 2012 indique que la formulation incomplète de l'efficacité cible et la détermination du profil de sécurité des médicaments représentent des facteurs majeurs sous-tendant l'échec des programmes de développement de médicaments pour les TND. y compris AD et PD.246

Cette étude a également fait part de l'inquiétude concernant la traductibilité assez faible lors de la transition des études précliniques sur les animaux aux essais cliniques sur l'homme. Il est important de noter que la FDA est bien consciente de ces lacunes. La FDA a récemment créé des lignes directrices qui recommandent de minimiser l'utilisation d'animaux pour les validations IP. Par exemple, dans le contexte d'une faible compatibilité spécifique à l'espèce du produit clinique, la FDA autorise le test de systèmes de validation alternatifs présentant des caractéristiques analogues et appropriées démontrées.

L'émergence de hiPSC dérivées de patients atteints de MA et de MP et les plates-formes associées décrites dans cette revue pourraient fournir un tel système expérimental alternatif pour le développement de CGT-IP putatifs. Conformément à ces recommandations, la conduite d'études in vitro couvrant la détermination de la sécurité, l'optimisation du dosage, les tests fonctionnels , l'immunophénotypage, l'évaluation morphologique, les premières données toxicologiques, la pharmacocinétique et la pharmacodynamique de la PI peuvent satisfaire aux exigences de la FDA pour établir la pertinence biologique du produit.

De plus, grâce à l'utilisation d'études in vitro, les hiPSC seraient principalement bénéfiques pour l'identification des problèmes de sécurité potentiels et du mécanisme d'action (MOA) des CGT-IP expérimentaux. Ces considérations sont bien alignées avec les directives de la FDA qui recommandent l'incorporation des principes des « 3R », pour cultiver des protocoles de méthodes d'essai qui encouragent la réduction, le raffinement et le remplacement de l'utilisation des animaux, dans le cadre du suivi des dispositions applicables des amendements de la Loi sur le bien-être des animaux. 1976 (7 USC2131 et suivants).

Le concept de remplacement des modes animaux soutient l’utilité des programmes de modélisation in vitro AD et PD. La pertinence de ces efforts devrait être examinée plus largement avec l'évaluation de « l'effet de redirection », le cas échéant, sur la capacité du programme d'essais précliniques à fournir les données nécessaires concernant la sécurité et l'activité du produit CGT-IP.

La discussion ci-dessus suggère la possibilité de générer un premier portefeuille du programme thérapeutique pour l'avancement de l'IND en utilisant principalement des tests et une validation in vitro, en particulier dans le contexte des tests précliniques, ainsi qu'un point de contrôle d'essai clinique de phase 1a (Figure 2). En outre, des analyses avancées, notamment des évaluations de la sécurité et de la toxicité en limitant la dose, pourraient potentiellement s'appuyer, au moins en partie, sur des mesures in vitro.

Ces nouvelles données cliniquement pertinentes sur la sécurité, la pharmacocinétique, la pharmacodynamique, la tolérabilité et les biomarqueurs éclaireraient ensuite les décisions cliniques ultérieures concernant les nouvelles IP. Ainsi, la réalisation des études animales nécessaires pour résoudre les problèmes en suspens ne devrait être envisagée qu'une fois que le développement d'un produit CGT-IP a progressé vers une étude préclinique de phase ultérieure.

Par exemple, si des changements de fabrication/formulation surviennent, de sorte que la comparabilité du produit CGT de la phase ultérieure au produit utilisé dans la phase précoce (testé in vitro) est incertaine, des études précliniques in vivo supplémentaires peuvent être nécessaires pour relier les deux produits. De telles études de transition permettent aux données collectées avec le produit en phase précoce de soutenir le développement ou l'homologation des phases ultérieures.

En tant que tel, nous suggérons qu'avant le lancement des études précliniques définitives en milieu animal, des études in vitro soient réalisées pour l'identification des problèmes de sécurité potentiels et du mode d'action d'un produit expérimental CGT-IP (Figure 2).

Cela dit, nous suggérons de compléter les études in vitro par des évaluations d'une batterie de phénotypes physiologiques et fonctionnels du produit après administration in vivo. Les évaluations testeront spécifiquement l'amélioration des phénotypes de maladie standards établis dans les modèles de maladie basés sur hiPSC, comme démontré précédemment.140,174,193,233.

En conséquence, le programme d'essais précliniques devrait intégrer une approche multifactorielle par étapes pour parvenir à une compréhension de la plausibilité biologique de l'utilisation du produit expérimental CGT dans les populations de patients prévues pour la MA et la MP. Pour analyser le processus de certification d'un produit GT pour la soumission d'une IND, nous vous conseillons de contacter la FDA dès les premières étapes du développement du produit, via un mécanisme pré-pré-IND, qui est une discussion informelle et non contraignante entre les évaluateurs du département de pharmacologie/toxicologie. Branche de l'organisation et enquêteur.

Les conseils donnés par le Centre d'évaluation et de recherche sur les produits biologiques (CBER)/Bureau des thérapies cellulaires, tissulaires et géniques (OCTGT) seraient extrêmement précieux à prendre en compte lors de la préparation des protocoles finaux pour les études précliniques définitives, ainsi que lors de la préparation de diverses sections du document d'information pour le réunion pré-IND.

Les espèces animales sélectionnées pour l'évaluation de la bioactivité et de la sécurité doivent démontrer une réponse abiologique au produit expérimental CGT, similaire à celle attendue chez l'homme, afin de générer des données pour guider la conception des essais cliniques.

Les considérations pour déterminer les espèces pertinentes comprennent les éléments suivants : (1) la comparabilité de la physiologie et de l'anatomie à celles des humains ; (2) permissivité/sensibilité à l'infection et à la réplication de vecteurs viraux ou de vecteurs microbiens pour le GT ; (3) immunotolérance à un produit CGT humain ou à un transgène humain exprimé par un produit GT ; et (4) la faisabilité de l'utilisation du système/procédure de prestation clinique prévu.

Remarques concluantes

La recherche de DMT cliniquement efficaces pour les TND liés à l'âge, tels que la MA et la MP, s'est heurtée à un échec significatif, malgré plus de 40 ans de recherche. De multiples facteurs sont responsables de l’absence de DMT AD et PD, et des modèles précliniques inadéquats de maladies constituent une limitation majeure.

Néanmoins, les essais cliniques de candidats potentiels au DMT ne peuvent pas être interrompus en attendant le modèle NDD « parfait ». Les réglementations actuelles de l'IND pourraient potentiellement entraver la recherche actuelle et future sur les traitements du NDD en s'appuyant trop sur les données générées à partir de modèles animaux inadéquats, ralentissant encore davantage les progrès vers l'obtention d'un DMT.

Avec l'émergence des hiPSC dérivées de patients, le domaine est entré dans une nouvelle ère dans la recherche sur les NDD, permettant des investigations précliniques dans le contexte du bagage génétique de chaque patient, ce qui est essentiel dans le développement de DMT pour les maladies génétiques complexes. Associées à de nouvelles techniques d'édition et d'administration de gènes, les hiPSC représentent une boîte à outils préclinique émergente et prometteuse qui facilite la modélisation des maladies et la découverte de médicaments.

En conclusion, alors que l'utilité des modèles de rongeurs est précieuse dans plusieurs aspects de l'évaluation préclinique, tels que l'évaluation du profil de sécurité, de la bioactivité systémique et des résultats fonctionnels, nous devons (1) reconnaître les avantages des modèles NDD générés à partir de hiPSC et considérer leur utilité comme un outil complémentaire. plate-forme pour évaluer l'efficacité thérapeutique dans les études précliniques, (2) travailler sur l'amélioration des modèles animaux et cellulaires actuels - et des modèles personnalisés qui seront applicables pour l'évaluation des thérapies de médecine de précision, et (3) définir les résultats de traitement mesurables de l'intervention thérapeutique et en conséquence , sélectionnez le(s) modèle(s) de système le(s) le plus approprié(s).

INFORMATIONS SUPPLÉMENTAIRES

Des informations supplémentaires peuvent être trouvées en ligne surhttps://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.01.001.

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For more information:1950477648nn@gmail.com