Küçükbaş Gözde İntravitreal Enjeksiyonlar
Summary
Koyun gözünde intravitreal enjeksiyonlar, retinaya viral aracılı gen tedavisi vermek amacıyla yapıldı.
Abstract
Terapötik ajanların retinaya verilmesi için intravitreal (IVT), subretinal, suprakoroidal, perioküler veya topikal uygulama dahil olmak üzere çeşitli yöntemler vardır. IVT ilaç dağıtımı, gözün arka odasını dolduran ve göz küresinin şeklini koruyan jelatinimsi bir madde olan gözün vitreus mizahına bir enjeksiyon içerir. IVT yolu subretinal doğumdan daha az spesifik olarak hedeflenmiş olmasına rağmen, çok daha az invazivdir ve bir dizi oküler hastalık için klinik ortamlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Daha önce adeno ilişkili virüs (AAV) aracılı bir gen terapisi ürününün (AAV9) intravitreal olarak verilmesinin etkinliğini göstermiştik. CLN5), doğal olarak oluşan CLN5 nöronal seroid lipofuscinosis (NCL) formuna sahip koyunlarda. Etkilenen koyunların bir gözünde IVT gen terapisi verilirken, diğer tedavi edilmeyen göz iç kontrol görevi gördü. Tedavi edilen gözde tedaviden 15 ay sonrasına kadar retinal yapı ve fonksiyon korunurken, tedavi edilmeyen gözde postmortem muayene sırasında giderek azalan fonksiyon ve ciddi atrofi görüldü. Koyun çalışmalarına dayanarak, CLN5 gen terapisi ürünü, Eylül 2021’de Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç İdaresi tarafından aday bir araştırma yeni ilacı (IND) olarak temizlendi. Bu yazıda IVT’nin küçükbaş göze terapötik viral vektör verilmesi için cerrahi protokol detaylandırılmıştır.
Introduction
Retinaya terapötik ajanlar vermek için intravitreal (IVT), subretinal, suprakoroidal, perioküler veya topikal uygulama dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılabilir. Her uygulama yolu, kan-retina bariyeri veya iç ve dış sınırlayıcı membranlar gibi engellerin aşılmasını içerir ve verilen ilaca ve spesifik retinal hedefe bağlı olarak değişen etkinlik oranlarına sahiptir 1,2.
IVT ilaç dağıtımı, gözün arka odasını kaplayan jelatinimsi bir madde olan gözün vitreus mizahına enjeksiyonu içerir. Vitröz mizahın birincil işlevi, göz küresinin şeklini korumak ve lens ve retina gibi oküler dokuları yerinde tutmaktır. Vitröz mizah, az miktarda kollajen, hyaluronik asit ve diğer kollajenöz olmayan proteinler içeren büyük ölçüde sudan oluşur3. IVT enjeksiyonu, yaşa bağlı makula dejenerasyonu, diyabetik makula ödemi, diyabetik retinopati, retinal ven tıkanıklığı ve çeşitli kalıtsal retina distrofileri dahil olmak üzere çok çeşitli oküler durumları tedavi etmek için rutin olarak kullanılan basit ve yaygın bir prosedürdür 4,5.
Nöronal seroid lipofussinozlar (NCL; Batten hastalığı), beyin ve retinada ciddi dejenerasyona neden olan ölümcül lizozomal depo hastalıkları grubudur. Şu anda, ağırlıklı olarak çocukları etkileyen, ancak farklı başlangıç yaşlarına ve hastalık şiddetine sahip olan farklı genlerdeki (CLN1-8, CLN10-14) mutasyonlardan kaynaklanan 13 bilinen NCL varyantı vardır6. NCL’ler, bilişsel ve motor gerileme, nöbetler ve görme kaybı gibi ortak ilerleyici semptomları paylaşır. NCL’nin tedavisi yoktur; Bununla birlikte, beyne yönelik enzim replasman tedavisi şu anda CLN2 hastalığı7,8 için klinik çalışmalardadır ve AAV aracılı gen terapisi, CLN5 gen terapisi için klinik bir araştırmanın 2022’de başlaması beklenen klinik çalışmalarla klinik öncesi çalışmalarda büyük umut vaat etmiştir 9,10.
Diğer birçok tür, kediler, köpekler, koyunlar ve inekler de dahil olmak üzere doğal olarak oluşan NCL formları geliştirir. NCL’nin iki küçükbaş hayvan modeli şu anda Yeni Zelanda’da aktif olarak çalışılmaktadır: Borderdale koyunlarında bir CLN5 hastalık modeli ve Güney Hampshire koyunlarında bir CLN6 hastalık modeli. Etkilenen koyunlar, retina atrofisi ve görme kaybı da dahil olmak üzere insan hastalığının klinik ve patolojik özelliklerinin çoğunu sergiler10,11. CLN5 hastalığı olan koyunlarda beyne yönelik CLN5 gen terapisi beyin atrofisini ve klinik düşüşü önleyebilse veya durdurabilse de, tedavi edilen koyunlar hala vizyonlarını kaybeder9. Bu, görüşü korumak ve daha iyi bir yaşam kalitesini korumak için retinayı tedavi etme ihtiyacını vurguladı ve koyunlarda oküler gen tedavisi için bir protokol oluşturulmasına yol açtı.
Koyun gözü, göz küre boyutları, vitreus hacmi ve retinal yapı10,12,13’teki benzerliği nedeniyle insan gözünün iyi bir modelini temsil eder. Bu yazıda IVT’nin küçükbaş göze küçük hacimli (≤100 μL) terapötik viral vektörün verilmesi için cerrahi protokol detaylandırılmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
İntravitreal enjeksiyonlar, insan oftalmolojisinde en yaygın cerrahi prosedürlerden biridir ve koyunların retinasına AAV aracılı gen terapilerinin uygulanmasında etkili olduğu kanıtlanmıştır. Daha önce AAV9’un etkinliğini göstermiştik. CLN5 gen tedavisi, CLN5 NCL15 ile koyunlarda retinal disfonksiyon ve dejenerasyonun azaltılmasında intravitreal olarak sağlandı. Bu uygulama yolunun insan NCL hastalarına çevrilmesinin de faydalı olacağı umulmaktadır.
<p class="jove_co…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, bu protokolün oluşturulmasında ve Murray ve ark.15 tarafından tanımlanan enjeksiyonların gerçekleştirilmesinde Dr. Steve Heap’e (BVSc, CertVOphthal) verdiği yardım için teşekkür etmek ister. Yazarlar ayrıca CureKids New Zealand, Canterbury Tıbbi Araştırma Vakfı, Neurogene Inc ve Batten Hastalığı Destek ve Araştırma Derneği’nden gelen fonları da kabul ediyorlar.
Materials
| 1 mL low dead-space safety syringe with permanently attached 0.5 inch needle | Fisher Scientific, Auckland, New Zealand | 05-561-28 | Covidien Monoject Tuberculin Safety syringe or similar |
| 1.5 mL microcentrifuge tube | Sigma Aldrich | HS4323 | Autoclave tubes to sterilise prior to use |
| Anesthesia machine with gas bench and monitor | Hyvet Anesthesia, Christchurch, New Zealand | ||
| Antibiotic eye drops | Teva Pharma Ltd, Auckland, New Zealand | Commercial name: Chlorafast (0.5% chloramphenicol) | |
| BrightMount plus anti-fade mounting medium | Abcam, Cambridge, United Kingdom | ab103748 | |
| DAPI (4′ ,6-diamidino-2-phenylindole dihydrochloride) | Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, United States | 10236276001 | |
| Diazepam sedative | Ilium, Troy Laboratories Pty Ltd, Tauranga, New Zealand | 5 mg/mL | |
| Endotracheal tubes | Flexicare Medical Ltd, Mountain Ash, United Kingdom | Standard, cuffed. Sizes 7, 7.5, or 8 depending on sheep size | |
| Eye speculum | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | KP151/14 | Nopa Barraquer-Colibri (10 mm) |
| Fenestrated surgical drape | Amtech Medical Ltd, Whanganui, New Zealand | DI583 | Or similar |
| Filter Tips | Interlab, Auckland, New Zealand | 10, 200, and 1,000 µL | |
| Formaldehyde solution (37%) | Fisher Scientific, Auckland, New Zealand | AJA809-2.5PL | Make up to 10% in distilled water with 0.9% NaCl |
| Goat anti-rabbit Alexa Fluor 594 | Invitrogen Carlsbad, CA, USA | A-11012 | Use at a dilution of 1:500 |
| Isoflurane anesthetic | Attane, Bayer Animal Health, Auckland, New Zealand | ||
| Ketamine HCl anesthetic/analgesic | PhoenixPharm Distributors Ltd, Auckland, New Zealand | 100 mg/mL | |
| Laryngoscope (veterinary) | KaWe Medical, Denmark | Miller C blade, size 2 | |
| Needles | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | 302025 | BD Hypodermic Needles, or similar |
| Non-steroidal anti-inflammatory | Boehringer Ingelheim (NZ) Ltd, Auckland, New Zealand | 49402/008 | Commercial name: Metacam 20 (20 mg/mL meloxicam) |
| Non-toothed forceps | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | AB864/16 | Or similar |
| Non-toothed hemostat | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | AA150/12 | Or similar |
| Normal goat serum | Thermo Fisher Scientific, Christchurch, New Zealand | 16210072 | |
| Oxygen (medical) | BOC Gas, Christchurch, New Zealand | D2 cylinder, gas code 180 | |
| Phosphate buffered saline | Thermo Fisher Scientific, Christchurch, New Zealand | 10010023 | Sterile, filtered |
| Povidone-Iodine solution | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | 005835 | Commercial name: Betadine (10% povidone-iodine) |
| Rabbit anti-cow glial fibrillary acidic protein (GFAP) | Dako, Glostrup, Denmark | Z0334 | Use at a dilution of 1:2,500 |
| Self-complementary adeno-associated virus serotype 9, containing the chicken beta action (CBh) promoter and codon-optimized ovine CLN5 | University of North Carolina Vector Core, NC, USA. | scAAV9/CBh-oCLN5opt | |
| Sodium Chloride 0.9% IV Solution | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | AHB1322 | Commercial name: Saline solution |
| Subcutaneous antibiotics | Intervet Schering Plough Animal Health Ltd, Wellington, New Zealand | Commercial name: Duplocillin LA (150,000 IU/mL procaine penicillin and 115,000 IU/mL benzathine penicillin) | |
| Surgical sharp blunt curved scissors | Capes Medical Ltd, Tauranga, New Zealand | SSSHBLC130 | |
| Terumo Syringe Luer Lock | Amtech Medical Ltd, Whanganui, New Zealand | SH159/SH160 | Sterile syringes; 10 mL for drawing up induction drugs, 20 mL for drawing up saline |
| Virkon Disinfectant Powder | EBOS Group Ltd, Christchurch, NZ | 28461115 |
Referências
- Himawan, E., et al. Drug delivery to retinal photoreceptors. Drug Discovery Today. 24 (8), 1637-1643 (2019).
- Murray, S. J., Mitchell, N. L. Ocular therapies for neuronal ceroid lipofuscinoses: More than meets the eye. Neural Regeneration Research. 17 (8), 1755-1756 (2022).
- Bishop, P. N. Structural macromolecules and supramolecular organisation of the vitreous gel. Progress in Retinal and Eye Research. 19 (3), 323-344 (2000).
- Grzybowski, A., et al. update on intravitreal injections: Euretina expert consensus recommendations. Ophthalmologica. 239 (4), 181-193 (2018).
- Pavlou, M., et al. Novel AAV capsids for intravitreal gene therapy of photoreceptor disorders. EMBO Molecular Medicine. 13 (4), 13392 (2021).
- Kousi, M., Lehesjoki, A. -. E., Mole, S. E. Update of the mutation spectrum and clinical correlations of over 360 mutations in eight genes that underlie the neuronal ceroid lipofuscinoses. Human Mutation. 33 (1), 42-63 (2012).
- Wibbeler, E., et al. Cerliponase alfa for the treatment of atypical phenotypes of CLN2 disease: A retrospective case series. Journal of Child Neurology. 36 (6), 468-474 (2021).
- Schulz, A., et al. Study of intraventricular cerliponase alfa for CLN2 disease. The New England Journal of Medicine. 378 (20), 1898-1907 (2018).
- Mitchell, N. L., et al. Longitudinal in vivo monitoring of the CNS demonstrates the efficacy of gene therapy in a sheep model of CLN5 Batten disease. Molecular Therapy. 26 (10), 2366-2378 (2018).
- Murray, S. J., Mitchell, N. L. Natural history of retinal degeneration in ovine models of CLN5 and CLN6 neuronal ceroid lipofuscinoses. Scientific Reports. 12 (1), 3670 (2022).
- Russell, K. N., Mitchell, N. L., Wellby, M. P., Barrell, G. K., Palmer, D. N. Electroretinography data from ovine models of CLN5 and CLN6 neuronal ceroid lipofuscinoses. Data in Brief. 37, 107188 (2021).
- Shafiee, A., McIntire, G. L., Sidebotham, L. C., Ward, K. W. Experimental determination and allometric prediction of vitreous volume, and retina and lens weights in Göttingen minipigs. Veterinary Ophthalmology. 11 (3), 193-196 (2008).
- Shinozaki, A., Hosaka, Y., Imagawa, T., Uehara, M. Topography of ganglion cells and photoreceptors in the sheep retina. The Journal of Comparative Neurology. 518 (12), 2305-2315 (2010).
- Frugier, T., et al. A new large animal model of CLN5 neuronal ceroid lipofuscinosis in Borderdale sheep is caused by a nucleotide substitution at a consensus splice site (c.571+1G>A) leading to excision of exon 3. Neurobiology of Disease. 29 (2), 306-315 (2008).
- Murray, S. J., et al. Intravitreal gene therapy protects against retinal dysfunction and degeneration in sheep with CLN5 Batten disease. Experimental Eye Research. 207, 108600 (2021).
- Ross, M., et al. Outer retinal transduction by AAV2-7m8 following intravitreal injection in a sheep model of CNGA3 achromatopsia. Gene Therapy. , (2021).
- Boyd, R. F., et al. Photoreceptor-targeted gene delivery using intravitreally administered AAV vectors in dogs. Gene Therapy. 23 (2), 223-230 (2016).
- Dalkara, D., et al. In vivo-directed evolution of a new adeno-associated virus for therapeutic outer retinal gene delivery from the vitreous. Science Translational Medicine. 5 (189), (2013).
- Gearhart, P. M., Gearhart, C., Thompson, D. A., Petersen-Jones, S. M. Improvement of visual performance with intravitreal administration of 9-cis-retinal in Rpe65-mutant dogs. Archives of Ophthalmology. 128 (11), 1442-1448 (2010).
- Ross, M., et al. Evaluation of photoreceptor transduction efficacy of capsid-modified adeno-associated viral vectors following intravitreal and subretinal delivery in sheep. Human Gene Therapy. 31 (13-14), 719-729 (2020).
- Kotterman, M. A., et al. Antibody neutralization poses a barrier to intravitreal adeno-associated viral vector gene delivery to non-human primates. Gene Therapy. 22 (2), 116-126 (2015).
- Whitehead, M., Osborne, A., Yu-Wai-Man, P., Martin, K. Humoral immune responses to AAV gene therapy in the ocular compartment. Biological Reviews. 96 (4), 1616-1644 (2021).
- Yun, C., Oh, J., Hwang, S. -. Y., Kim, S. -. W., Huh, K. Subconjunctival hemorrhage after intravitreal injection of anti-vascular endothelial growth factor. Graefe’s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 253 (9), 1465-1470 (2015).
- Christensen, L., Cerda, A., Olson, J. L. Real-time measurement of needle forces and acute pressure changes during intravitreal injections. Clinical & Experimental Ophthalmology. 45 (8), 820-827 (2017).
- Allmendinger, A., Butt, Y. L., Mueller, C. Intraocular pressure and injection forces during intravitreal injection into enucleated porcine eyes. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 166, 87-93 (2021).
- Ross, M., Ofri, R. The future of retinal gene therapy: Evolving from subretinal to intravitreal vector delivery. Neural Regeneration Research. 16 (9), 1751-1759 (2021).
- Henein, C., et al. Hydrodynamics of intravitreal injections into liquid vitreous substitutes. Pharmaceutics. 11 (8), 371 (2019).
- Park, I., Park, H. S., Kim, H. K., Chung, W. K., Kim, K. Real-time measurement of intraocular pressure variation during automatic intravitreal injections: An ex-vivo experimental study using porcine eyes. PloS One. 16 (8), 0256344 (2021).
- Willekens, K., et al. Intravitreally injected fluid dispersion: Importance of injection technique. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 58 (3), 1434-1441 (2017).
- Peynshaert, K., Devoldere, J., De Smedt, S. C., Remaut, K. In vitro and ex vivo models to study drug delivery barriers in the posterior segment of the eye. Advanced Drug Delivery Reviews. 126, 44-57 (2018).
- Kiss, S. Vector Considerations for Ocular Gene Therapy. Adeno-associated virus vectors offer a safe and effective tool for gene delivery. Retinal Physician. 17, 40-45 (2020).
- Kleine Holthaus, S. -. M., et al. Gene therapy targeting the inner retina rescues the retinal phenotype in a mouse model of CLN3 Batten disease. Human Gene Therapy. 31 (13-14), 709-718 (2020).
- Kleine Holthaus, S. -. M., et al. Neonatal brain-directed gene therapy rescues a mouse model of neurodegenerative CLN6 Batten disease. Human Molecular Genetics. 28 (23), 3867-3879 (2019).
