Proyecto Dr. Antoni Matilla y Dr. Miguel Chillón

Proyecto de investigación

Investigador Principal
Dr. Antoni Matilla Dueñas
Director de la Unidad de Investigación Básica, Traslacional y de Neurogenética Molecular
Departamento de Neurociencias
Instituto de Investigación en Ciencias de la Salud Germans Trias y Pujol (IGTP)
Universidad Autónoma de Barcelona
Badalona, Barcelona
amatilla@igtp.cat; amatilla@btnunit.org
http://www.btnunit.org

Investigador Colaborador:
Dr. Miguel Chillón
Profesor de Investigación ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados)
Director Científico de la Unidad de Producción de Vectores Virales
Centro de Biotecnología Animal y Terapia Génica (CBATEG)
Universidad Autónoma de Barcelona
Bellaterra, Barcelona
miguel.chillon@uab.es

Resumen del proyecto
La ataxia de Friedreich (AF) es una enfermedad neurodegenerativa hereditaria recesiva causada por la deficiencia de frataxina como resultado mayormente de una expansión GAA en homocigosis en el primer intrón del gen FXN. La enfermedad se caracteriza por ataxia sensorial y espinocerebelosa progresiva, pérdida sensorial, disartria, signos piramidales, y debilidad muscular. Otros síntomas presentes incluyen escoliosis y cardiomiopatía hipertrófica. Aproximadamente el 10% de los pacientes desarrollan diabetes. A nivel neuropatológico se identifica la pérdida de las neuronas en los ganglios de las raíces dorsales, fibras nerviosas sensoriales periféricas, degeneración de las columnas posteriores y variable pérdida del núcleo dentado en el cerebelo. Los tratamientos realizados hasta la fecha con antioxidantes, moduladores de la homeostasis del hierro, o reguladores de los niveles de clústeres Fe-S y de la función mitocondrial, o mediante compuestos que reemplacen, incrementen la expresión o los niveles de frataxina, o de terapia génica con vectores diversos, no han conducido a resultados efectivos que se puedan aplicar en la ataxia de Friedreich. Aquí se propone una estrategia de terapia génica basada en virus adenoasociados para la corrección de la función de frataxina en un modelo de ratón de ataxia de Friedreich.

Antecedentes y estado actual del tema
La propuesta aquí planteada surge por la inexistencia en la actualidad de tratamientos terapéuticos efectivos para curar la ataxia de Friedreich (AF). Las características fisiopatológicas de la AF causada por el déficit de la función de la proteína frataxina y los logros alcanzados en los últimos 5 años con estrategias de terapia génica basadas en virus adenoasociados (AAV) aplicados a diversas enfermedades neurológicas, hacen que la AF sea un modelo patológico susceptible para ser tratado con AAV capaces de transferir esta proteína deficitaria, la frataxina, al sistema nervioso, tanto central como periférico. Por estos motivos, aquí se propone una estrategia terapéutica de terapia génica para la AF basada en virus adenoasociados específicos, que han probado ser útiles para la introducción de genes recombinantes en el sistema nervioso, para la corrección de la función de frataxina en el modelo de ratón con AF.
En la actualidad no se dispone de una terapia efectiva para el tratamiento de la AF. Sin embargo, muchos de los síntomas y complicaciones que se acompañan pueden tratarse para ayudar a los pacientes a mantener un funcionamiento óptimo y una buena calidad de vida por el mayor tiempo posible. La diabetes, cuando está presente, puede tratarse con dieta y medicamentos como la insulina, y algunos de los problemas del corazón también pueden tratarse con fármacos. Los problemas ortopédicos como las deformidades de los pies y la escoliosis pueden tratarse con aparatos correctores o cirugía. La fisioterapia es útil para prolongar el uso de los brazos y piernas. A nivel farmacológico, la eficacia de la idebenona para tratar la AF es actualmente objeto de controversia, aunque parece que se limita para corregir la hiperplasia ventricular asociada a la cardiomiopatía sin mejorar los síntomas neurológicos.
Hoy en día se están haciendo estudios científicos importantes empleando tratamientos con antioxidantes, moduladores de la homeostasis del hierro, así como quelantes de hierro, o reguladores de los niveles de clústeres Fe-S y de la función mitocondrial, o mediante compuestos que reemplacen, incrementen la expresión o los niveles de frataxina (como eritropoietina, interferón gamma, inhibidores de la deacetilación de histonas, entre otros), o de terapia génica con vectores diversos.
Desafortunadamente, todos los estudios llevados a cabo hasta la fecha en modelos animales o pacientes no han conducido a resultados que se puedan aplicar para tratar la ataxia de Friedreich.
Terapia génica con vectores AAV para tratar enfermedades neurológicas
Entre los vectores virales y no virales empleados en terapia génica para patologías humanas, los vectores derivados de virus adenoasociados (AAV) han demostrado importantes beneficios clínicos y expresiones prolongadas en modelos animales de varias enfermedades neurológicas, como la enfermedad de Gaucher, la enfermedad de Fabry, la enfermedad de Pompe, la leucodistrofia metacromática, la enfermedad de Niemann-Pick A y las mucopolisacaridosis I, II, III A, III B, IV y VII entre otras.
La administración intravenosa de vectores AAV en modelos animales de enfermedades de depósito lisosomal, ha llevado a incrementos en la actividad enzimática de hasta 16 veces los valores normales en sangre, hígado, bazo, riñón y músculo, haciéndolos muy útiles para tratar este tipo de patologías.
En España, un estudio con el AAV9 recombinante con el gen humano de la sulfamidasa en el que participa la Universidad Autónoma de Barcelona (institución colaboradora en el presente proyecto), fue aprobado por la Comisión Europea como medicamento huérfano (EU/3/11/87) para tratar la enfermedad neurológica mucopolisacaridosis tipo IIIA y se han iniciado los ensayos clínicos.
Durante los 10 últimos años, los AAV han sido los vectores de elección en la mayoría de ensayos clínicos efectuados para tratar patologías del sistema nervioso central y periférico (http://www.abedia.com/wiley/index.html). Es de gran importancia que no se han observado efectos adversos con estos vectores hasta la fecha, y los resultados han sido muy prometedores. Varios factores hacen que los AAV se hayan convertido en el vehículo de suministro de genes ideal para el sistema nervioso central (SNC). Además de todas las ventajas mencionadas anteriormente, los AAV utilizados han mostrado una fuerte preferencia para la transducción neuronal, han mostrado una muy duradera expresión en una sola administración, todo ello sin exhibir patogenicidad ni inmunogenicidad.
A día de hoy se han realizado o se están realizando 105 ensayos clínicos empleando AAV como vector: 62 en fase I, 20 en Fase I/II, 14 en Fase II, 1 en Fase II/III, y 8 en Fase III, 14 de ellos son para enfermedades neurológicas. Se han obtenido resultados optimistas en ensayos tipo I y II para varias patologías humanas, como son la amaurosis congénita de Leber, la deficiencia de alfa-anti tripsina, la deficiencia de lipoproteína lipasa, la distrofia muscular de Duchenne, las enfermedades de Canavan, Gaucher, y Morquio, la hemocromatosis, la hemofilia, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica, la insuficiencia cardíaca grave, el síndrome de Sanfilippo, entre otras.
Estos resultados aseguran la esperanza de que la corrección de defectos genéticos en enfermedades neurológicas recesivas mediantes estrategias de terapia génica con vectores basados en AAV sea una realidad en los próximos años.

Objetivos específicos del proyecto
La relevancia estratégica de la investigación propuesta se enfatiza por la inexistencia de tratamientos terapéuticos efectivos para la ataxia de Friedreich.
La hipótesis es que la aplicación de adenovirus recombinantes asociados rAAV específicos para transferir la frataxina en las neuronas ganglionares de la raíz dorsal y las neuronas del cerebelo corrigen el fenotipo en un modelo de ratón con AF.
El objetivo general del estudio propuesto es restablecer la función mitocondrial y corregir los déficits sensoriales y motores en el modelo de ratón YG8SR con AF mediante la transferencia de la proteína frataxina humana recombinante.

Los objetivos específicos son los siguientes:
1. Generar adenovirus asociado recombinante del serotipo adecuado con el ADNc completo (rAAV-FXN) para la expresión de frataxina humana en las neuronas afectadas de los sistemas nerviosos central y periférico. La expresión de la frataxina se dirigirá mediante las secuencias reguladoras adecuadas que han demostrado que son capaces de su expresión de la frataxina in vitro e in vivo. Se generará también adenovirus asociado recombinante del mismo serotipo con el gen de la luciferasa bajo el control de los mismos promotores para evaluar las células diana transducidas mediante técnicas de neuroimagen por bioluminiscencia in vivo.
2. Administrar los vectores recombinantes rAAV-pFXN-FXN, rAAV-pCAG-FXN, rAAV-pFXN-LUC, rAAV-pCAG-LUC en el ratón YG8SR con AF mediante administración intratecal.
3. Evaluar las funciones motoras y sensoriales en el ratón YG8SR administrado con vectores que expresan frataxina.
4. Evaluar la función mitocondrial y el estrés oxidativo en el ratón YG8SR administrado con vectores que expresan frataxina.
5. En el caso de obtener los resultados esperados, iniciar los procesos regulatorios y producir el virus recombinante en las condiciones de calidad exigida para implementar un ensayo clínico en pacientes con ataxia de Friedreich.

Justificación de la propuesta
El presente estudio se justifica por la inexistencia de tratamientos para la AF, debido a la elevada aplicabilidad que está teniendo la terapia génica basada en AAV en diferentes fases de ensayos clínicos (algunos de ellos han demostrado exitosamente revertir los síntomas de la enfermedad), y por la inexistencia actual de un adenovirus recombinante capaz de transducir frataxina en el sistema nervioso en el modelo murino de AF que se pueda después desarrollar para ser aplicado en ensayos clínicos. El grupo de Helen Puccio en Estrasburgo (Francia) ha utilizado virus adenoasociados capaces de trasferir frataxina específicamente en tejido cardíaco para restablecer la función cardíaca en un modelo murino de AF, pero no ha conseguido hasta la fecha que el virus sea capaz de restablecer la funcionalidad motora y sensorial en estos ratones por la dificultad de los virus empleados en la transferencia a células del sistema nervioso.
Por estos motivos pensamos que debido a los grandes avances que se han producido en los últimos años en las terapias génicas basadas en AAV para el tratamiento de enfermedades neurológicas crónicas –como demuestran los numerosos ensayos clínicos existentes con estos vectores y los resultados obtenidos con adenovirus obtenidos recientemente que facilitan la transferencia al sistema nervioso- es necesario establecer un grupo activo de investigación en España que desarrolle e implemente este tipo de estrategias terapéuticas basadas en AAV para la AF, y que complemente y avance en los estudios que están realizando otros grupos como los aquí mencionados.

El equipo de investigación
Durante su dilatada experiencia en España (1991-1994; 2008-act.), los Estados Unidos (1994-2000) y en el Reino Unido (2000-2007) el Dr. Antoni Matilla ha adquirido un reconocido prestigio internacional a través de los estudios científicos que ha realizado para entender los mecanismos genéticos y fisiopatológicos responsables de las ataxias espinocerebelosas (SCAs). Ha publicado más de 40 artículos científicos en revistas de gran prestigio internacional, ha contribuido en más de 120 conferencias invitadas y congresos Nacionales e Internacionales. Durante 2004-2009 fue el Coordinador Científico del proyecto EUROSCA sobre las SCAs financiado por la Comisión Europea. Desde 2010 hasta 2013 ha coordinado la Red temática Iberoamericana para el estudio multidisciplinar de la Enfermedad de Parkinson y las ataxias espinocerebelosas (RIBERMOV, www.ribermov.org), formada por más de 80 Investigadores de España e Iberoamérica, financiada por el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED). Es miembro co-fundador del Grupo Europeo para el estudio de la Ataxia (www.ataxia-study-group.net) y es miembro asociado del consorcio internacional NEUROMICS (rd-neuromics.eu). Evalúa regularmente manuscritos científicos para más de 30 revistas científicas de neurología y neurociencias así como proyectos como experto científico para agencias Nacionales e Internacionales incluyendo Ataxia UK y la Comisión Europea. Desde el año 2005 es Editor y responsable de la sección de ataxias de la revista científica “Cerebellum”. Recientemente el equipo que dirige el Dr. Matilla ha identificado un nuevo subtipo de ataxia espinocerebelosa, la SCA37, y un nuevo mecanismo molecular subyacente en la ataxia tipo 1 (SCA1) que ha de permitir diseñar y establecer nuevos tratamientos para las ataxias. Sus objetivos a corto plazo son trasladar los resultados de sus investigaciones en implementar ensayos clínicos en pacientes atáxicos.
El Dr. Miguel Chillon se formó como investigador en el Institut de Recerca Oncológica (IRO) del Hospital Duran i Reynalds de Barcelona, y continuó su formación como investigador postdoctoral Howard Hughes en la Universidad de Iowa (USA) (1994-1997), e investigador EMBO en Genethon (Francia) (1997-1999). Desde el año 2001 es Investigador ICREA senior, y desde el año 2005 su grupo de investigación en terapia génica ha sido reconocido por la AGAUR como grupo de investigación consolidado (SGR). El Dr. Miguel Chillon tiene una amplia experiencia en la investigación con vectores virales y estrategias de terapia génica para enfermedades genéticas, lo que le ha permitido generar 5 patentes y publicar más de 60 artículos en revistas científicas. En los últimos años ha participado en 7 proyectos europeos, 12 proyectos nacionales y 9 grandes convenios con empresas internacionales. Asimismo es también co-fundador (junio 2009) de la empresa biotecnológica NanoTherapix SL. Miguel Chillon es desde 2003 el Director Científico de la Unidad de Producción de Vectores (UPV) del Centro de Biotecnología Animal y Terapia Génica (CBATEG) de la Universidad Autonóma de Barcelona, una plataforma tecnológica que hasta el momento ha producido más de 600 vectores virales a diferentes laboratorios de investigación de España, Europa y Estados Unidos. Desde el año 2006 es también co-responsable y profesor del Curso de Master de la UAB: “Introducción y diseño de ensayos clínicos de terapia génica para el tratamiento de enfermedades en humanos”, y coorganizador de cursos internacionales sobre vectores virales como el “Gene Vectors EuroLabCourse 2002: Virus production” en Evry, (Francia) y “Gene Vectors EuroLabCourse 2003: in vivo virus administration” en Barcelona, así como Profesor asociado del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UAB (desde 2009). Finalmente, desde 2013 es coordinador español de la plataforma de Terapias Avanzadas en EATRIS (European Infrastructure for Translational Medicine), una de las 3 únicas estructuras ERIC (European Research Infrastructure Consortium) de la UE; Miembro del Comité Directivo de BrainVectors (proyecto People del FP7) (desde 2012); Coordinador del nodo español y miembro del Comité Directivo de la Network of Excellence TREAT-NMD (FP6) (2007-2011); Miembro del Comité Científico de Gencell VectEuroNet (UE) (2001-2006); Miembro del Consejo de Dirección de Nanotherapix (desde 2010); Miembro del Comité de Seguridad Biológica de la Universitat Autònoma de Barcelona (desde 2006) y evaluador de proyectos científicos de la ANEP; la Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca (AGAUR); el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED); la Association Française contre les Myopathies (AFM), el National Science Center (Polonia); la ANR (Assotiation Nationale de la Recherche, Francia); así como de revisor de numerosas revistas científicas.