Viral or Nonviral: Which Is Better for CRISPR-Based Therapies? / Virale o non virale: quale è meglio per le terapie basate su CRISPR?

Viral or Nonviral: Which Is Better for CRISPR-Based Therapies? / Virale o non virale: quale è meglio per le terapie basate su CRISPR?

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa /  Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

GenScript takes stock of the delivery vehicles for gene therapy, highlights recent advances, and anticipates near-term improvements. / GenScript fa il punto sui veicoli di consegna per la terapia genica, evidenzia i recenti progressi e prevede miglioramenti a breve termine.

CRISPR is transforming the treatment of disease, from monogenic rare diseases to immuno-oncology applications. However, the development of safe and efficient approaches to deliver CRISPR components for therapeutic purposes remains a challenge. Multiple factors, including absorption, distribution, metabolism, excretion, and disease characteristics, need to be carefully studied to ensure effective and safe editing in target cells and organs. Existing approaches for nucleic acid delivery have been adapted to deliver CRISPR components. These approaches could be broadly classified into two categories: viral and nonviral.

For in vivo applications, where CRISPR components are injected into patients directly to work as drugs for the treatment of disease, the viral approach has been commonly used. The inherent ability of viruses to introduce exogenous genetic material into cells ensures high transduction efficiency. Among current gene therapy studies, adeno-associated viruses (AAVs) are the most commonly used viral vectors, due to their high titer, low immunogenicity, and low genomic integration rate.

This year, we have witnessed the first human adult in the United States to receive a CRISPR-based therapy administered directly in vivo. The clinical trial was sponsored by Editas Medicine and Allergan to evaluate the efficacy and safety of the candidate therapy EDIT-101 for treating Leber congenital amaurosis 10 (LCA10). Additionally, Excision BioTherapeutics is applying CRISPR to cure viral infectious diseases. Excision’s lead candidate, EBT-101, using an all-in-one AAV vector to deliver multiplex sgRNAs and the SaCas9, will enter human clinical trials in 2020.

Although long-term efficacy has been achieved using AAVs in several clinical trials, the concerns of insertional mutagenesis, carcinogenesis, and immunogenicity associated with viral delivery still linger. A few studies have reported AAV integration in CRISPR cut sites in cultured murine neurons and in mouse brain, muscle, and cochlea. In addition, a 10-year follow-up study on AAV-treated dogs with hemophilia has shown that an AAV vector can readily insert its payload into the host’s DNA near genes that control cell growth, hinting that AAV-based gene therapy may pose cancer risks.

Nonviral delivery

Due to the limitations of viral-based CRISPR delivery, nonviral delivery methods are on the rise, especially in immuno-oncology therapeutics. Nonviral approaches utilize CRISPR Cas9 mRNA/protein and synthetic sgRNA ribonucleoproteins (RNPs) to directly deliver CRISPR components, rather than requiring transcription and translation steps as needed for viral CRISPR delivery. Thus, nonviral approaches offer greater control over how long the components linger in cells, and they reduce off-target effects and toxicity. Nonviral delivery approaches can be further classified into physical or chemical carrier–mediated approaches.

CRISPR is transforming the treatment of disease, from monogenic rare diseases to immuno-oncology applications. However, the development of safe and efficient approaches to deliver CRISPR components for therapeutic purposes remains a challenge. Multiple factors, including absorption, distribution, metabolism, excretion, and disease characteristics, need to be carefully studied to ensure effective and safe editing in target cells and organs. Existing approaches for nucleic acid delivery have been adapted to deliver CRISPR components. These approaches could be broadly classified into two categories: viral and nonviral.

For in vivo applications, where CRISPR components are injected into patients directly to work as drugs for the treatment of disease, the viral approach has been commonly used. The inherent ability of viruses to introduce exogenous genetic material into cells ensures high transduction efficiency. Among current gene therapy studies, adeno-associated viruses (AAVs) are the most commonly used viral vectors, due to their high titer, low immunogenicity, and low genomic integration rate.

This year, we have witnessed the first human adult in the United States to receive a CRISPR-based therapy administered directly in vivo. The clinical trial was sponsored by Editas Medicine and Allergan to evaluate the efficacy and safety of the candidate therapy EDIT-101 for treating Leber congenital amaurosis 10 (LCA10). Additionally, Excision BioTherapeutics is applying CRISPR to cure viral infectious diseases. Excision’s lead candidate, EBT-101, using an all-in-one AAV vector to deliver multiplex sgRNAs and the SaCas9, will enter human clinical trials in 2020.

Although long-term efficacy has been achieved using AAVs in several clinical trials, the concerns of insertional mutagenesis, carcinogenesis, and immunogenicity associated with viral delivery still linger. A few studies have reported AAV integration in CRISPR cut sites in cultured murine neurons and in mouse brain, muscle, and cochlea. In addition, a 10-year follow-up study on AAV-treated dogs with hemophilia has shown that an AAV vector can readily insert its payload into the host’s DNA near genes that control cell growth, hinting that AAV-based gene therapy may pose cancer risks.

Nonviral delivery

Due to the limitations of viral-based CRISPR delivery, nonviral delivery methods are on the rise, especially in immuno-oncology therapeutics. Nonviral approaches utilize CRISPR Cas9 mRNA/protein and synthetic sgRNA ribonucleoproteins (RNPs) to directly deliver CRISPR components, rather than requiring transcription and translation steps as needed for viral CRISPR delivery. Thus, nonviral approaches offer greater control over how long the components linger in cells, and they reduce off-target effects and toxicity. Nonviral delivery approaches can be further classified into physical or chemical carrier–mediated approaches.

ITALIANO

CRISPR sta trasformando il trattamento delle malattie, dalle malattie rare monogeniche alle applicazioni di immuno-oncologia. Tuttavia, lo sviluppo di approcci sicuri ed efficienti per fornire componenti CRISPR per scopi terapeutici rimane una sfida. Diversi fattori, tra cui assorbimento, distribuzione, metabolismo, escrezione e caratteristiche della malattia, devono essere attentamente studiati per garantire un editing efficace e sicuro nelle cellule e negli organi bersaglio. Gli approcci esistenti per il rilascio di acido nucleico sono stati adattati per fornire componenti CRISPR. Questi approcci potrebbero essere classificati in generale in due categorie: virali e non virali.

Per le applicazioni in vivo, in cui i componenti CRISPR vengono iniettati direttamente nei pazienti per funzionare come farmaci per il trattamento della malattia, è stato comunemente utilizzato l'approccio virale. La capacità intrinseca dei virus di introdurre materiale genetico esogeno nelle cellule garantisce un'elevata efficienza di trasduzione. Tra gli attuali studi di terapia genica, i virus adeno-associati (AAV) sono i vettori virali più comunemente usati, a causa del loro alto titolo, bassa immunogenicità e basso tasso di integrazione genomica.

Quest'anno, abbiamo assistito al primo adulto umano negli Stati Uniti a ricevere una terapia basata su CRISPR somministrata direttamente in vivo. La sperimentazione clinica è stata sponsorizzata da Editas Medicine e Allergan per valutare l'efficacia e la sicurezza della terapia candidata EDIT-101 per il trattamento dell'amaurosi congenita 10 di Leber (LCA10). Inoltre, Excision BioTherapeutics sta applicando CRISPR per curare malattie infettive virali. Il principale candidato di Excision, EBT-101, utilizzando un vettore AAV all-in-one per fornire sgRNA multiplex e SaCas9, entrerà in studi clinici sull'uomo nel 2020.

Sebbene l'efficacia a lungo termine sia stata raggiunta utilizzando gli AAV in diversi studi clinici, permangono ancora i timori di mutagenesi inserzionale, carcinogenesi e immunogenicità associati alla consegna virale. Alcuni studi hanno riportato l'integrazione dell'AAV nei siti di taglio CRISPR in neuroni murini in coltura e nel cervello, nei muscoli e nella coclea del topo. Inoltre, uno studio di follow-up di 10 anni su cani trattati con AAV con emofilia ha dimostrato che un vettore AAV può facilmente inserire il suo carico utile nel DNA dell'ospite vicino ai geni che controllano la crescita cellulare, suggerendo che la terapia genica basata sull'AAV può comportare rischi di cancro.

Consegna non virale

A causa dei limiti della somministrazione di CRISPR basata su virus, i metodi di somministrazione non virale sono in aumento, specialmente nelle terapie immuno-oncologiche. Gli approcci non virali utilizzano mRNA / proteina CRISPR Cas9 e ribonucleoproteine ​​sgRNA sintetiche (RNP) per fornire direttamente i componenti CRISPR, piuttosto che richiedere passaggi di trascrizione e traduzione come necessario per la consegna CRISPR virale. Pertanto, gli approcci non virali offrono un maggiore controllo sulla durata della permanenza dei componenti nelle cellule e riducono gli effetti off-target e la tossicità. Gli approcci di rilascio non virale possono essere ulteriormente classificati in approcci mediati da portatori fisici o chimici.

CRISPR sta trasformando il trattamento delle malattie, dalle malattie rare monogeniche alle applicazioni immuno-oncologiche. Tuttavia, lo sviluppo di approcci sicuri ed efficienti per fornire componenti CRISPR a scopi terapeutici rimane una sfida. Diversi fattori, tra cui assorbimento, distribuzione, metabolismo, escrezione e caratteristiche della malattia, devono essere attentamente studiati per garantire un editing efficace e sicuro nelle cellule e negli organi bersaglio. Gli approcci esistenti per il rilascio di acido nucleico sono stati adattati per fornire componenti CRISPR. Questi approcci potrebbero essere classificati in generale in due categorie: virali e non virali.

Per le applicazioni in vivo, in cui i componenti CRISPR vengono iniettati direttamente nei pazienti per funzionare come farmaci per il trattamento della malattia, è stato comunemente utilizzato l'approccio virale. La capacità intrinseca dei virus di introdurre materiale genetico esogeno nelle cellule garantisce un'elevata efficienza di trasduzione. Tra gli attuali studi di terapia genica, i virus adeno-associati (AAV) sono i vettori virali più comunemente usati, a causa del loro alto titolo, bassa immunogenicità e basso tasso di integrazione genomica.

Quest'anno, abbiamo assistito al primo adulto umano negli Stati Uniti a ricevere una terapia basata su CRISPR somministrata direttamente in vivo. La sperimentazione clinica è stata sponsorizzata da Editas Medicine e Allergan per valutare l'efficacia e la sicurezza della terapia candidata EDIT-101 per il trattamento dell'amaurosi congenita 10 di Leber (LCA10). Inoltre, Excision BioTherapeutics sta applicando CRISPR per curare malattie infettive virali. Il principale candidato di Excision, EBT-101, che utilizza un vettore AAV all-in-one per fornire sgRNA multiplex e SaCas9, entrerà in studi clinici sull'uomo nel 2020.

Sebbene l'efficacia a lungo termine sia stata raggiunta utilizzando gli AAV in diversi studi clinici, permangono ancora i timori di mutagenesi inserzionale, carcinogenesi e immunogenicità associati alla consegna virale. Alcuni studi hanno riportato l'integrazione dell'AAV nei siti di taglio CRISPR in neuroni murini in coltura e nel cervello, nei muscoli e nella coclea del topo. Inoltre, uno studio di follow-up di 10 anni su cani trattati con AAV con emofilia ha dimostrato che un  vettore AAV può facilmente inserire il suo carico utile nel DNA dell'ospite vicino ai geni che controllano la crescita cellulare, suggerendo che la terapia genica basata sull'AAV può comportare rischi di cancro.

Consegna non virale

A causa dei limiti della somministrazione CRISPR basata su virus, i metodi di somministrazione non virale sono in aumento, specialmente nelle terapie immuno-oncologiche. Gli approcci non virali utilizzano mRNA / proteina CRISPR Cas9 e ribonucleoproteine ​​sgRNA sintetiche (RNP) per fornire direttamente i componenti CRISPR, piuttosto che richiedere passaggi di trascrizione e traduzione come necessario per la consegna CRISPR virale. Pertanto, gli approcci non virali offrono un maggiore controllo sulla durata della permanenza dei componenti nelle cellule e riducono gli effetti off-target e la tossicità. Gli approcci di rilascio non virale possono essere ulteriormente classificati in approcci mediati da portatori fisici o chimici.

Da:

https://www.genengnews.com/insights/viral-or-nonviral-which-is-better-for-crispr-based-therapies/?fbclid=IwAR3n80OpN1wULFkSCXVjZaN4gl_lDEDaSQ4sAr7EQA-f6r1CQniVnyU3PA8