Den lille, vindusløse plassen på Children's Hospital of Philadelphia ser ut som ethvert øyenlegers undersøkelsesrom, med en justerbar stol og et halvt dusin maskiner for å teste syn. Den 20 år gamle pasienten har imidlertid ikke kommet helt fra Albuquerque for å få nye briller. Alisha Bacoccini, som har kort, blondstrippet hår og grønne øyne, ble født med en forstyrrelse forårsaket av et funksjonshemmet gen i netthinnecellene hennes som har redusert synet siden fødselen. Nå ser hun bare bleke og uskarpe former. "Hvis jeg ser på deg, kan jeg ikke se øyenfarge eller kviser eller øyenbrynene, men jeg kan se at noen er der, " sier hun. Hennes ser øyehund, Tundra, en svart Labrador retriever, sitter ved føttene hennes.
Fra denne historien
[×] STENGT
To av de fremste forskerne innen genterapi håper å forbedre pasientenes syn i en eksperimentell operasjon
Video: Ekspert av genteterapi ser frem mot behandling av blindhet
Relatert innhold
- Musikk-spillelister for å berolige tankene dine
- Høye håp for en ny type gen
En måned tidligere, i en eksperimentell behandling, injiserte forskere Bacoccinis høyre øye - det dårligere - med milliarder av arbeidskopier av netthinnecellen. Nå skal de finne ut om behandlingen har fungert.
Jean Bennett, lege og molekylærgenetiker, lar Bacoccini hvile pannen mot en liten hvit maskin som blinker lys i det ene øyet, deretter det andre. Dette pupillometeret vil indikere hvor godt Bacoccinis øyne reagerer på lys. "OK, en, to, tre, åpen, " sier Bennett og gjentar prosedyren 16 ganger. På en dataskjerm i det mørklagte rommet, er elevene til Bacoccini to gigantiske svarte sirkler som trekker seg sammen så lett med hver lyspuls. En annen forsker eskorterer Bacoccini til neste testapparat. En halv time senere sier Bennett: "Jeg har bare sett på resultatene av pupillometrien. God forbedring."
"Det er bra, " sier Bacoccini, selv om hun høres usikker ut. Siden noen dager etter injeksjonen har hun faktisk sett mer lys ut av øyet, sier hun, men ting virker uskarpere. Når hun prøver å lese et gigantisk øyekart med høyre øye, gjør hun det ikke bedre enn før - hun kan plukke ut bare noen få tommer høye bokstaver fra 16 tommer unna. Så igjen er øyet hennes fortsatt rødt fra operasjonen. Bennetts mann, Albert Maguire, er netthinnkirurgen som opererte på Bacoccini. Han kikker inn i øynene hennes og sier at overflaten ikke har helbredet ennå, og legger til: "Forhåpentligvis er det alt det er."
Utsiktene til å bruke genterapi for å behandle sykdommer - særlig arvelige sykdommer som involverer ett feilaktig gen, for eksempel sigdcelleanemi og cystisk fibrose - har forsket forskere i flere tiår. Hvis det var noen måte å gi en pasient en god versjon av et implisert gen, går tankene, kan det reparere eller forhindre skade forårsaket av den arvelige dårlige. Denne tilsynelatende enkle ideen har vist seg å være uventet kompleks i praksis. Det har vært hundrevis av humant genterapiforsøk for mange sykdommer, fra hemofili til kreft, de siste 18 årene. Men nesten alle mislyktes på grunn av vanskelighetene med å få et fungerende gen inn i celler uten også å forårsake skadelige bivirkninger.
Inntil i fjor hadde genterapi fungert entydig mot bare én sykdom, den sjeldne plagen som kalles alvorlig kombinert immunmangel (SCID), som er forårsaket av en feil i noen av et antall gener som trengs for å produsere hvite blodlegemer. Sykdommen etterlater immunforsvaret ikke å bekjempe infeksjoner og fører vanligvis til død i barndommen. Det kalles også "boblegutt" -sykdom, etter en kjent pasient, David Vetter, som bodde til 12 år i en steril plastboble. Siden midten av 1990-tallet har europeiske forskere kurert rundt 30 barn med SCID ved å sette inn riktig fungerende gen i benmargen. Men selv denne suksessen har blitt blandet med tragedie: fem av barna utviklet leukemi og en er død. Hos de pasientene, som hadde en spesiell variant av sykdommen, ble det terapeutiske genet tilfeldigvis slått på et kreftfremkallende gen etter sammenslåing med pasientenes DNA. Forskere tester nå måter å gjøre genterapi for SCID tryggere.
Amerikansk genterapiforskning ble satt i gang betydelig etter at 18 år gamle Jesse Gelsinger, som led av en arvelig leversykdom, døde av multippel organsvikt i 1999 mens han deltok i et genterapiforsøk ved University of Pennsylvania. Nyheter om dødsfallet førte til et opprør i det vitenskapelige samfunnet og høringer i kongressen, hvor tenåringens far, Paul Gelsinger, og andre anklaget Penn-forskerne for å være for hastige til å teste behandlingen hos mennesker. I følge Food and Drug Administration hadde forskerne ikke tilstrekkelig advart Gelsinger og hans familie om eksperimentets risikoer. Den ledende forskeren hadde heller ikke klart å opplyse om at han hadde en økonomisk eierandel i et selskap som sto for å få dersom behandlingen lyktes. "Det var de forferdelige dagene. Feltet falt på bunn, " sier Leon Rosenberg, en humangenetiker fra Princeton University, som utførte tidlige laboratoriestudier på leversykdommen som Gelsinger hadde. "Vitenskapens integritet ble skadet enormt."
Bennett og Maguire ble medlem av Penn Medical School-fakultetet i 1992. En av kollegene deres er James Wilson, som hadde tilsyn med studien der Gelsinger døde. Wilson ble senere avskåret av FDA fra å gjennomføre menneskelige eksperimenter. Men Bennett og Maguire var ikke involvert i den studien. Deres eksperimentelle genterapiforsøk begynte i 2007 etter mange års gjennomgang av føderale regulatorer, Barnehospitalet og Penn-komiteene nedsatt for å møte etiske og sikkerhetsmessige bekymringer som Gelsinger døde.
Den siste mai rapporterte teamet deres og en separat britisk gruppe de første håpefulle nyhetene om genterapi på mange år: teknikken kunne behandle blindhet. Pasientene i studien hadde en sykdom som ble kalt Leber congenital amaurosis (LCA). De tre pasientene som Bennett og Maguire behandlet, var i stand til å lese flere linjer i et øyekart enn de kunne før. En 26 år gammel mann fikk til og med nok syn til å gå gjennom en labyrint. "Jeg kunne ikke tro det, " sier Bennett. Hun fikk ham til å gå i labyrinten igjen.
Studien var liten, og pasientene er fortsatt juridisk blinde, men deres beskjedne forbedring og den tilsynelatende sikkerheten i terapien har vakt håp hos pasienter og forskere over hele verden. Nå utvider Bennett og Maguire forskningen til flere pasienter med LCA, inkludert Bacoccini, for å teste om pasienter trygt kan få høyere doser av det terapeutiske genet.
Rosenberg sier at han er "glad" for Bennett - som var postdoktor i laboratoriet i 1987 - og feltet. "Jeg er optimistisk med hensyn til genterapi igjen og har ikke vært det på en stund, " sier han. "Forhåpentligvis vil det innen utgangen av dette tiåret være to eller tre andre eksempler."
For både Bennett, 54 og Maguire, 48, ser det ut til at vitenskapen befinner seg i genene deres. Bennetts mor, Frances, underviste i videregående skole litteratur og faren, William, var en populær fysikkprofessor ved Yale som hadde co-oppfunnet gasslaseren i 1960 mens hun jobbet på Bell Labs i New Jersey. Bennett husker at hun var 6 år gammel og så faren løpe tilbake til laboratoriet etter middagen for å jobbe til daggry. Enheten førte senere til CD-spillere og prisskannere i supermarkeder.
Hun var mer interessert i biologi enn fysikk. "Jeg elsket skapninger, " sier hun, og tilbrakte mange lykkelige timer med å se gjennom farens mikroskop på sumpvann og blader. Etter college ved Yale dro hun til University of California i Berkeley for å få en doktorgrad i utviklingsbiologi, ved bruk av kråkeboller, men hun ble i stedet trukket til ny forskning om å sette inn spesifikke, fremmede gener i mus og andre dyr - en forløper for genterapi. Hun tilbrakte flere måneder i 1981 og 1983 ved National Institutes of Health i Bethesda, Maryland, i et laboratorium der forskere planla noen av de første genterapiforsøkene. "Det var et glimt at det skulle skje som gjorde meg spent. Jeg ønsket å være der når feltet utviklet seg, " husker Bennett. For å få den kliniske bakgrunnen hun trengte, gikk hun på Harvard Medical School, hvor hun møtte sin fremtidige ektemann i en førsteårs anatomi-klasse.
Maguire kom også fra en familie av forskere. Faren hans, Henry, var hudlege og er nå en kreftvaksineforsker ved Penn, og moren, Elise, jobbet der som forskningsassistent. Henry hadde grå stær og senere løsrivelse av netthinnen. Da Maguire gikk på videregående skole, administrerte han farens øyedråper - hans tidligste utredning i øyelegehandling. På medisinsk skole jobbet Maguire på et laboratorium som studerte netthinnesykdommer forårsaket av arvelige gendefekter. Han husker at han spurte Bennett den gangen om de dårlige genene kunne fikses. "Det er fornuftig, " sa hun til ham. "La oss gjøre det."
Øyet egner seg spesielt godt til genterapi. Cellene som et nytt gen må settes inn i er begrenset til et lite område; netthinnen inneholder bare noen få millioner celler. I motsetning til de fleste celler, deler ikke netthinneceller seg etter at en person er 3 måneder gammel, så forskere trenger ikke å få det nye genet inn i fremtidige generasjoner av celler. Det betyr at de ikke trenger å sy det nye genet i cellenes eksisterende DNA, som blir kopiert når en celle deler seg. Å holde det terapeutiske genet atskilt fra pasientens DNA er tryggere; hos SCID-pasienter som utviklet leukemi, ble det introduserte genet inkorporert i nærheten av et kreftfremkallende gen og sluttet det ved et uhell. Øyet er også immunprivilegiert, noe som betyr at immunsystemet har en tendens til å ignorere fremmed materiale som blir introdusert der. Et løpende immunrespons har vært et problem i noen genterapiforsøk og er det som drepte Jesse Gelsinger. "Vi er veldig heldige med vårt valg av målorgel, " sier Maguire.
Mens Maguire trente på å bli retinal kirurg, fortsatte Bennett å spesialisere seg i forskning snarere enn klinisk arbeid, etter sin mann rundt i landet for hans praksisplass, bosted og stipendiat. Kompliserende saker reiste de med småbarn. I det siste året på medisinstudiet fikk de nygifte sin første baby - "seniorprosjektet vårt, " kaller de det. To barn fulgte snart etter.
I 1989, under et av Maguires siste treningsstopp, i Royal Oaks, Michigan, satte Bennett opp provisoriske laboratorier i bygningen ved siden av sykehuset og i kjelleren på hjemmet. De gjennomførte det de tror var det første genterapiforsøket som involverte netthinnen. Ved å bruke mus og kaniner sprøytet de inn et gen for et enzym som ble funnet i bakterier. De brukte et fargestoff for å avdekke om øyecellene hadde bygget enzymet, og eksperimentet lyktes: dyrenes netthinner ble blå i omtrent to uker.
Hos Penn publiserte de et av de to første artiklene som viste at et virus utstyrt med et fremmed gen kan skytte det inn i øyevev, i dette tilfellet hos mus. (Denne strategien, som er vanlig i genterapiforsøk, koopererer i hovedsak virusets evne til å replikere ved å injisere eget genetisk materiale i celler.) Bennett og Maguire satte senere terapeutiske gener inn i øynene til noen irske bosettere med arvelig blindhet. Men Bennett mente forbedringen hos hundene ikke var overbevisende nok til å rettferdiggjøre en menneskelig prøve. Det de trengte var en enkel, sakte fremgangsrik form for blindhet som var relatert til en sykdom som plager mennesker. I 1998 lærte de om en rase av briardhund i Sverige med en øyesykdom som av en fluke tilfeldigvis var forårsaket av en av de genetiske mutasjonene som ble funnet hos noen pasienter med LCA.
Rundt 3000 mennesker i USA lider av LCA, som omfatter flere forskjellige blindhetsforstyrrelser som begynner i barndommen og er forårsaket av mutasjoner i noen av flere gener, hvorav den ene kalles RPE65. Den inneholder instruksjonene for et enzym som er avgjørende for netthinnens lysfølende celler, stenger og kjegler; enzymet konverterer vitamin A til en form som stengene og kjeglene bruker for å lage et nødvendig pigment, rodopsin. Hos mennesker som arver en dårlig kopi av RPE65-genet fra hver av foreldrene, blir stengene og kjeglene fratatt rhodopsin, funksjonsfeil og til slutt døde.
Bennett, Maguire og medarbeidere brukte et virus kalt adeno-assosiert virus for å sette inn en god kopi av RPE65-genet i tre unge briards. AAV-virusets to gener var erstattet med RPE65-genet pluss en streng DNA som slår på genet. Hundene fikk igjen synet til å navigere i en labyrint. "Det var fantastisk spennende, " sier Bennett. En hund, Lancelot, ble en slags plakathund for genterapi, og ristet labb med folk på pressekonferanser og innsamlingsaksjoner.
På fortauet utenfor kontoret hennes viser Bennett frem en av de mer enn 50 hundene de har behandlet. Venus, en mellomstor briard med brunt, trådete hår, anstrenger seg i båndet og vil tydeligvis løpe unna, men hun sitter og lar en besøkende kjæledyret henne. "Da hun kom hit, kunne hun ikke se noe. Hun ville huke seg i et hjørne eller i et bur med tennene på folk, " sier Bennett. Det var et år siden, før Bennett / Maguire-teamet behandlet den da 1-åringen i begge øyne med genterapi. Selv om det fortsatt er nattblind, kan Venus nå hoppe over hindringer strødd langs en korridor og fange en tennisball. "Hennes oppførsel ble transformert, " sier Bennett. "Hun ser bra i begge øyne. Hun er en veldig lykkelig hund."
Da de først prøvde behandlingen hos mennesker, forventet Bennett og Maguire ikke at pasientene ville forbedre seg så mye som hundene. For en ting testet legene sikkerhet først og brukte lave doser av viruset og genet. Og deres første pasienter, alle fra en øyeklinikk i Italia som tester blinde pasienter for genetiske defekter, var 26 år gamle tvillinger og en 19-åring. I den alderen har LCA-pasienter ikke mye netthinnevæv igjen. De fleste er helt blinde etter 40 år.
Fortsatt visste ikke Bennett og Maguire hva de kunne forvente seg da de behandlet den første pasienten, en av tvillingene. Han ble bedøvd, deretter foretok Maguire flere små snitt og erstattet det gellignende glasslegemet i mannens øye med en saltløsning slik at Maguire lettere kunne manøvrere en nål gjennom det. Ved hjelp av et mikroskop trådte han en hårtynn nål gjennom det hvite i øyet til det berørte netthinnen. Han injiserte 150 mikroliter av en løsning (en dråpe på størrelse med en ert) som inneholdt 15 milliarder eksemplarer av AAV-viruset med RPE65-genet. Viruset anses som en ekstremt sikker leveringsmekanisme - det kan ikke replikere på egen hånd, og det forårsaker ikke sykdom hos mennesker.
Likevel, den kvelden "Jeg sov ikke i det hele tatt, " sier Maguire, som var bekymret for en immunreaksjon. Til hans lettelse var det ikke noe.
Selv om dosen var lav, sier Bennett den første gangen hun så på den unge mannens pupillometri-data var "et Eureka-øyeblikk" - dette øyet kunne føle mer lys. Noen måneder etter å ha fått den eksperimentelle behandlingen, så alle tre pasientene mer lys. To som bare kunne se håndbevegelser før, kunne lese tre eller fire linjer i et øyekart.
Alle tre pasienters syn er stadig bedre, sier Bennett. 19-åringen, som har kommet tilbake til Italia, trenger ikke lenger hjelp til å gå rundt om natten.
Da Alisha Bacoccini ble født, kunne moren, Eve Skidmore, fortelle med en gang at noe var galt. Alisha så ut til å fokusere bare på sterkt lys, som et vindu eller lampe, sier Skidmore. Hun trodde datteren hennes bare trenger briller, men øyelegen sa at den lille jenta ble blind og ingenting kunne gjøres. Hun fikk diagnosen en progressiv øyesykdom etter 11 måneder, og en genetisk test identifiserte etter hvert sykdommen som LCA. Som barn kunne Alisha fremdeles se godt nok til å spille fotball med en hvit ball på grønt gress. "Hun var ekstremt rask, " sier Skidmore, som gjorde opp for å ikke se ballen i lufta. Rundt åttende klasse mistet Alisha selv den begrensede visjonen.
I dag kan hun lese tekst på en lys dataskjerm, men ikke i en bok. Hun jobber som massasjeterapeut. Hvis hun kunne se bedre, ville drømmejobben hennes være å jobbe som en rettsmedisinsk patolog - hun sluker Patricia Cornwell-romaner på bånd. Skidmore ønsker at datteren hennes kunne få nok syn igjen "til å se stjernene på himmelen og en regnbue, for det har hun aldri sett."
Bacoccini sier at hun er klar over at synet hennes kanskje ikke forbedres i genterapistudien, og kan til og med bli verre. Hun meldte seg frivillig til å delta, slik at hun kunne "hjelpe til med å finne ut hvordan hun kan fikse blindhet, " sier hun.
Tre måneder etter at Maguire injiserte øynene til Bacoccini med virusene som bar retinalgenet, var øynene hennes ti ganger mer følsomme for lys og hennes perifere syn hadde blitt bedre, men hun kunne ikke lese et øyekart bedre enn før. Bennett sier at det er flere grunner til at behandlingen kanskje ikke fungerer bra for henne - for eksempel kan nevrale kretsløp mellom Bacoccinis øye og hjerne ikke lenger fungere som de skal.
Bacoccini er del av en andre fase av studien som ga tre LCA-pasienter en større dose genterapi enn de tre første frivillige mottok. En av de andre pasientene i Bacoccinis gruppe er en 9 år gammel belgisk gutt, som har vist noe av den mest dramatiske forbedringen ennå. Han kan se detaljer om ansikter for første gang og trenger ikke lenger et spesielt forstørrelsesapparat for å se tavlen på skolen. Jo yngre pasienten, Bennett og Maguire tror, jo større sjanse har paret for å snu blindhet forårsaket av LCA. Etter hvert håper de å behandle babyer.
Biomedisinsk forskning involverer ofte store team av samarbeidspartnere, men genterapistudier er et ekstremt tilfelle. Fjorårets artikkel i New England Journal of Medicine som kunngjorde den første suksessen med genterapi for blindhet listet opp 32 medforfattere, fra molekylærbiologene som designet viruset til de italienske legene som fant pasientene. Bennett, hovedforfatteren, styrer denne gruppen fra et lite kontor utenfor laboratoriet hennes. Plassen er proppfull av notatbøker og mapper og pyntet med stikkede fotografier av hennes tre barn, journalomslag og noen få bilder av Lancelot, nå 8 år gammel og fremdeles ser bra ut.
Maguire hevder at hans rolle med å gi pasienter injeksjoner er liten: "Jeg laster bare lastebilene." Men han er tross alt en av de kliniske ekspertene. "Med [arvet blindhet] sykdommer er det et stort emosjonelt overlegg, " sier han. "Leger har alltid sett på dem som uhelbredelige og fortalt pasienter at det ikke er noe vi kan gjøre for deg. At dette ser ut til å fungere, er ekstremt spennende."
Suksessen med LCA-rettsaken har vakt Bennett og Maguire mye oppmerksomhet - "en ubehagelig mengde oppmerksomhet, " sier han - inkludert invitasjoner fra medlemmer av Kongressen om å orientere dem om arbeidet. Men duoen ser ut til å ta det i skritt. Bennett har felt et halvt dusin telefonsamtaler og e-post om dagen fra blinde pasienter eller foreldrene deres som har hørt om LCA-studien. "Jeg svarer dem alle. Alle disse menneskene er virkelig opprørte over å bli blinde eller bli blinde, " sier hun. For å være sikker, er det usannsynlig at de passer inn i LCA-rettssaken fordi de ikke har den rette genetiske feilen. Men hun ber dem om å bli testet for blindhetsgener uansett fordi en genterapibehandling for sykdommen deres kan komme opp i løpet av få år.
Snart forventer Maguire og Bennett å begynne eksperimenter med abyssinske katter med LCA forårsaket av en genetisk mutasjon enn den de har fokusert på så langt. De planlegger også en klinisk genterapiforsøk for en form for Stargardt-sykdom, eller juvenil makulær degenerasjon, som rammer rundt 25 000 mennesker i USA og som de har behandlet vellykket hos mus som er utviklet for å ha sykdommen. Nå som det er vist at genterapi kan utføres trygt i øyet, undersøker selskaper måter å bruke teknikken til å behandle sykdommer som ikke nødvendigvis har genetisk opprinnelse. For eksempel kan det å introdusere et gen som kontrollerer veksten i blodkar bremse aldersrelatert makuladegenerasjon, noe som rammer mer enn ti millioner amerikanere.
Til tross for deres høytflyvende medisinske suksesser, kjører Bennett og Maguire for å jobbe i beat-up, ti år gamle biler. Hjemme slapper hun av ved å hage og spille bestemorens flygel, og han maler detaljerte gårdscener i folkekunst - og gjengir "hvert gressblad", sier Bennett. ("Det er en litt tvangslidelse, " forklarer Maguire om hobbyene hans.) Det yngste barnet deres har gått på college, men de har omsorg for to hunder, et akvarium med fisk og skilpadder og rundt 15 finker - Maguires siste hobby observerer fugl oppførsel. Familien "har en høy terskel for rot, " sier Maguire.
Bennett holder seg oppe sent på kvelden og skriver rapporter og gir søknader og planlegger flere eksperimenter. Hun er like kjørt som faren var da han jobbet med bensilaseren. "Det er denne utrolige spenningen at du er i ferd med å bryte en barriere i noe, " sier hun.
Jocelyn Kaiser dekker biomedisinsk forskning og politikk for Science magazine.
Stephen Voss fotograferte nylig miljøforringelse i Kina. Begge bor i Washington, DC
