IGC专访:JAX精准模型助力AAV基因治疗药物临床前研究

据行业报道，目前国内共24款AAV基因治疗药物IND申报获批，其中，3款进入III期临床。在监管规范和政策支持的加持下，相信2023年基因治疗领域会迎来更多突破与爆发。机遇与挑战并存，在基因疗法快速发展的同时：AAV病毒载体、及更多新型病毒与非病毒载体递送-类病毒、LNP等应用，及体内基因治疗与体内外基因编辑治疗开发的创新设计、成药性开发会有哪些挑战，又有哪些可能的突破值得期待？
 
由此，IGC 2023组委有幸于9月8-9日北京第七届IGC免疫基因及细胞治疗大会的会前邀请到杰克森实验室技术信息科学家孙佳伟博士，率先分享JAX^®小鼠模型在助力创新基因疗法开发与转化研究方面的领先应用实践。
 

孙佳伟，现任杰克森实验室技术信息科学家，负责JAX^®小鼠模型及服务在中国区的推广及相关技术支持。孙博于中国科学院动物研究所取得博士学位，博士期间主要的研究方向为天然免疫信号转导，在动物实验及免疫学研究领域具有丰富的经验。
 
IGC组委：随着国内生物医药创新的技术迭代与蓬勃发展，临床前评价解决方案这一赛道百花齐放，既有老牌的动物模型技术公司，又有新兴的类器官技术公司，JAX作为前者中的领导者，想请您分享下目前国内新药临床前评价的行业现状及未来发展趋势。
 
孙佳伟博士：
临床前研究是新药发现的核心环节，对药物进行有效性和安全性的评价也是成功进行IND申报的重要条件。对于药效的临床前研究，必须要选用能反映药物作用的本质及与治疗指征相关的模型，比如通过调动免疫系统来实现肿瘤杀伤的药物，在选择临床前模型时就需要其具备功能性的免疫细胞，并且可以反映肿瘤的生长情况，在这一点上，动物模型，尤其是人源化小鼠模型，在成本和转化性方面都更具有优势。而生物药的安全性，比如抗体类药物、CAR-T等，往往涉及机体的系统性免疫反应，选择免疫系统完整的、人源化小鼠模型，则更能够模拟、预测药物作用于人体的反应，帮助避免临床上可能出现的安全性风险。对于临床的预测价值是临床前模型最重要的考虑因素，相比于类器官等体外模型，动物模型更接近于人类生理，可以测试临床上的不同给药途径、更好地反映药物在体内的生物学进程。
从政策法规来看，去年12月国家药品监督管理局药品审评中心（CDE）颁布的《基因修饰细胞治疗产品非临床研究技术指导原则（试行）》和《基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则（试行）》依然建议应尽可能选择相关的动物种属/模型进行非临床研究，当缺少相关动物模型时，可采用基于细胞和组织的模型（如二维或三维组织模型、类器官和微流体模型等）为有效性和安全性的评估提供有用的补充信息。今年1月份，FDA现代化法案2.0，结束了临床前试验必须在动物身上进行测试的规定，允许制药公司选择在合适的地方使用替代方法，比如计算机软件、细胞和组织体外培养以及类器官来研究新药的安全性和有效性。而这些方法的临床转化性如何，还需要更多的时间和研究结果来印证。我们有理由相信，作为被整个科学界使用了近百年的动物模型，在很长一段时间内依然会是临床前测试药物药效、安全性和PK的重要工具。
 
 
IGC组委：
在您看来，当下基因治疗药物在临床前研究与转化过程中有哪些需重视并亟待解决的挑战？对此，JAX有哪些成功的应对策略或案例可以向大家分享？
 
孙佳伟博士：
基因治疗产品种类众多，作用机制、作用特点、安全性风险差异较大，因此非临床研究相对于传统药物而言存在诸多问题和挑战。对体内基因疗法来说，药物的有效递送和表达、免疫原性和毒性问题、以及基于AAV的基因疗法的大规模制造和成本问题是当下基因治疗药物在临床前研究与转化过程中面临的主要挑战。其中，药物的有效性和安全性是临床前研究需要重点关注的。
 
与小分子药物不同，大多数基因治疗的分子需要使用递送载体来帮助其有效进入细胞。目前临床试验中用于基因治疗的载体有70%是病毒载体，非病毒载体只有30%。虽然非病毒载体安全性方面（如遗传毒性）具有优势，但由于缺乏足够的临床使用疗效，而逐渐被病毒载体所取代。而不同的病毒载体类型、AAV衣壳蛋白、用药方式也会对药效和安全性产生影响，因此需要在临床前研究中来进行比较和优化，从而筛选出疗效和安全性最优的产品来推进临床试验。
 
疾病模型动物可以将有效性和安全性终点指标综合在一起评价。比如基于“基因替代”策略的药物的非临床试验，可以对导入基因的体内表达、动物表型和功能活性相关生物标志物等进行检测来说明产品的作用机制和效果，还有机会发现用于临床试验监测的活性/毒性生物标志物，帮助获得支持产品开展临床试验的数据。在这方面，JAX有丰富的疾病小鼠模型资源，高度模拟了临床上患者的发病机制和病理表现，为临床前的药效/安全性研究提供了很好的平台。比如已经上市了的基于AAV的基因疗法Luxturna、Zolgensma、Roctavian和Elevidys，以及目前正在进行临床试验的用于治疗亨廷顿舞蹈症的BV-101等药物，都在临床前研究中使用了JAX的疾病小鼠模型验证了药效。参看这些成功的非临床研究案例，我们相信JAX的疾病模型将来会助力更多的药物研发。
  
 
IGC组委：
JAX丰富的小鼠精准模型与药效评估平台在神经系统罕见病领域如何加速赋能新疗法？

孙佳伟博士：
正如我们前面所说，已经上市的7款AAV基因疗法中有6款在临床前研究中都用到了小鼠模型，其中4种药物用的是JAX的疾病模型，这其中就包括了用于治疗SMA的Zolgensma和治疗DMD的Elevidys。这两种疾病都是单基因突变导致的神经肌肉类疾病，由于缺乏必要的蛋白，导致肌肉萎缩，相应的AAV基因疗法都是基于“基因替代”的原理，导入正常的SMN1或DMD基因，来提高功能性蛋白的表达，从而恢复患者运动能力。而这两种疾病的致病基因在小鼠中同样存在，并且突变之后也会产生肌肉萎缩的表型，因此非常适合用来评估基因疗法的疗效。
 
以Zolgensma的临床前研究为例，研究者选用了JAX的FVB.Cg-Grm7^{Tg(SMN2)89Ahmb}Smn1^tm1MsdTg(SMN2*delta7)4299Ahmb/J (#005025)小鼠，也就是常说的SMN△7模型，该模型缺乏内源性小鼠Smn基因的同时表达人源SMN2基因，以及缺乏7号外显子的人源SMN2的cDNA，以提供足够的SMN表达而防止胚胎死亡，可以存活15-22天，并且会出现随时间而逐渐严重的肌无力、肌肉萎缩的表型。在Zolgensma的临床前研究中，对出生后1天的SMA小鼠心内注射Zolgensma，可以挽救其运动功能、神经肌肉电生理活动，并显著提高小鼠的体重和延长寿命。
 
用于治疗DMD的药物Elevidys在临床前研究中使用了DMD^mdx突变小鼠模型，该模型小鼠不表达抗肌萎缩蛋白，可以表现出肌纤维坏死和萎缩，肌无力以及膈肌的收缩力、特殊最大力和最大功率降低等表型。虽然该模型小鼠表现出正常的寿命，其产生的肌肉病理状态也比人类患者更轻，但仍不失为一种评价“基因替代”疗法有效性的非临床模型。Elevidys在该模型上可以显著提高Dystrophin相关蛋白复合物的表达，改善肌肉萎缩，提高肌肉力量。
 
在过去的六年里，JAX罕见病转化中心与数十家罕见病基金会合作，创建了多种可模拟重现罕见疾病临床症状的精准小鼠模型。对于SMN和DMD疾病来说，JAX的疾病模型还包括基因人源化模型，可以用于评估一些序列特异性的疗法，如ASO；免疫缺陷模型，可以用来评估细胞疗法的疗效，如干细胞移植疗法等。在其他罕见病领域，如ALS、HTD、Rett、FRDA等，JAX也有丰富的小鼠模型资源，可助力多种基因疗法的研发和非临床研究。
  
 
IGC组委：
最后，想请您分享下JAX在未来将致力于开发何种新兴技术或产品服务，以助力国内外新型疗法的开发？
 
孙佳伟博士：
JAX目前收录了大于13000个小鼠品系，涵盖了疾病研究的各个领域，包括神经退行性疾病模型、自身免疫性疾病模型、罕见病模型等等。这些品系绝大多来自于科研人员捐赠，有丰富且客观的已发表数据作为参考，比如我们前面提到的SMN△7模型和DMD^mdx模型。
 
JAX除了提供小鼠模型外，还可以提供基于模型的临床前药效和安全性评价服务。JAX对多种常见模型进行了详尽的表型收集，为药物测试提供了可参考的基线数据；JAX体内药效服务部门在对小鼠进行药物评价方面拥有多年的经验，可执行多种给药途径，在神经肌肉类疾病、神经退行性疾病、自身免疫病、肿瘤、代谢等疾病领域都拥有丰富的检测assay，可以结合用户的研究需求，制定实验方案，为研究提供一站式服务。
 
在免疫/细胞治疗领域，JAX也已经开发了多款重度免疫缺陷小鼠，以及一系列衍生品系，不断满足新型疗法对精准小鼠模型的需要，提高转化性。比如可以用于评估靶向髓系细胞疗法的NSG™-SGM3小鼠，评估靶向NK细胞疗法的NSG™-IL15小鼠，以及减缓PBMC移植后GVHD发生的NSG™-DKO小鼠等等。针对抗体药物和CAR-T等细胞疗法，JAX推出了可同时快速评价药物安全性和有效性的平台，能够在16天内在人源化小鼠上同时完成安全性和有效性的评估。当然，JAX也可以现货供应多款CD34人源化小鼠和PDX模型。我们相信这些模型和相关的服务能够给药物研发带去很多便利。
  
IGC组委：感谢孙博士的倾情分享，更多精彩干货内容，敬请关注北京第七届免疫基因及细胞治疗大会现场！
 
 

    
 

 
IGC 2023第七届免疫基因及细胞治疗大会将于9月8-9日北京再度升级启航！以“创新驱动发展，融合引领转化”为主题，IGC将从4大细分论坛出发，特别增设“CGT监管与转化前瞻论坛”，4大论坛将解析干细胞治疗（iPSC、MSC、类器官与再生医学）、免疫细胞治疗（实体瘤、异体通用、非病毒载体）、基因治疗（AAV病毒载体、体内外基因编辑、非病毒载体）等的新研究、新技术、新产品的创新研发与领先转化