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In vivo manipulation of interleukin-2 expression by a retroviral tetracycline (tet)-regulated system
(1999)
We have used the tetracycline (tet)-regulated system as described previously to evaluate the applicability of controlled gene expression in cancer gene therapy. As a model gene, we used the human interleukin-2 (IL-2) gene, which has been placed under the transcriptional control of the tetO/promoter. Human melanoma cells were transduced by two modified retroviral tet vectors containing the transactivator regulatory unit and the IL-2 gene driven by the tetO/promoter, respectively. In the absence of tet, IL-2 expression in the target cells was stable over several months. IL-2 production was in the range of 40 U/106 cells/24 hours. A fine tuning of IL-2 expression could be achieved by culturing the transduced cells with increasing doses of tet, whereby a concentration of 500 ng/mL tet in the culture medium abrogated IL-2 expression. Most importantly for clinical application, IL-2 expression by the transduced melanoma cells could also be regulated in vivo. When nu/nu mice were inoculated with the transduced tumor cells, they failed to develop tumors. Instead, the inhibition of IL-2 expression in the transduced tumor cells by oral administration of tet led to subcutaneous tumor growth; this growth rate was comparable with the growth rate of subcutaneously inoculated untransduced parental cells. The finding demonstrates the applicability of the tet-regulated system in cancer gene therapy.
Resistenz polyklonaler, reifer T-Zellen gegenüber der Transformation durch retrovirale Transduktion
(2008)
Nach den ersten Erfolgen der Gentherapie bei angeborenen Immundefekten wurden einige Fälle von Leukämie nach gammaretroviralem Gentransfer in Blutstammzellen bei Patienten mit „severe combined immunodeficiency“ (SCID-X1) veröffentlicht. Diese entfachten eine Diskussion über das Risiko der Insertionsmutagenese bei der Verwendung gammaretroviraler Vektoren. Durch eine insertionsbedingte Transaktivierung potentieller Onkogene und damit verbundenen malignen Veränderungen können gammaretroviral transduzierte Blutstammzellen Leukämien hervorrufen. Aber nicht nur Blutstammzellen werden als Zielzellen in der Gentherapie genutzt. In der Gruppe von Laer wurde in den letzten Jahren eine neue Gentherapie der HIV-1 Infektion entwickelt. Hierbei werden dem Patienten genetisch geschützte, autologe T-Lymphozyten infundiert. Die Gefahr einer Leukämie durch Insertionsmutagenese sollte im Zuge dieser Studie für reife T-Lymphozyten evaluiert werden. In einer vergleichenden Analyse wurde untersucht, ob der gammaretrovirale Gentransfer in reife T-Lymphozyten die gleiche Genotoxizität birgt wie in hämatopoetische Stammzellen. Hierzu wurden reife T-Lymphozyten und hämatopoetische Progenitoren von C57BL/6(Ly5.1)-Mäusen mit multiplen Kopien gammaretroviraler Vektoren transduziert, die für die potenten T-Zell Onkogene LMO2, TCL1, dTrkA oder das Kontrollgen GFP kodierten. Es wurden sehr hohe Transduktionseffizienzen mit bis zu 70% für reife T-Lymphozyten und bis zu 98% für hämatopoetische Progenitoren erzielt, um möglichst leukämiefördernde Bedingungen zu schaffen. Nach Transplantation in kongene Rag-1 defiziente Empfängertiere (Ly5.2) entwickelten Onkogen-modifizierte Stammzellen nach einer charakteristischen Latenzperiode Leukämien/Lymphome. Am häufigsten wurden unreife, CD8+CD4+ doppelpositive T-Vorläufer Leukämien/Lymphome beobachtet. In einigen Rezipienten führte außerdem eine Überexpression von TCL1 in hämatopoetischen Stammzellen zu der Entwicklung von reifzelligen T-Zell Leukämien/Lymphomen und B-Zell Leukämien/Lymphomen. Die Integrationsanalyse ergab oligo- bis monoklonale Tumore, wobei keine offensichtlich tumorfördernden, die gammaretroviralen Insertionen flankierenden Gene identifiziert werden konnten. Bemerkenswerterweise entwickelte keines der T-Zell transplantierten Empfängertiere ein/e Lymphom/Leukämie, obwohl auch diese Zellen mit den gleichen Vektoren modifiziert wurden und über einen sehr langen Zeitraum persistierten. Um die Kontrollmechanismen dieser Resistenz näher zu untersuchen, wurde eine für den TCR monoklonale, adulte T-Zell Population mit dTrkA transduziert. Nach einer kurzen Latenzperiode entwickelten sich reifzellige T-Zell Leukämien/Lymphome. Anscheinend existiert eine Verbindung zwischen der relativen Transformationsresistenz reifer T-Lymphozyten und dem Konkurrenzverhalten verschiedener T-Zell Klone um stimulatorische MHC-TCR Nischen. Weiterhin wurde in vitro durch gammaretroviralen Transfer von LMO2 ein immortalisierter T-Zell Klon generiert. Dieser zeigte zwar nach einer langen Beobachtungszeit einen CD8-CD4-doppelnegativen Phänotyp, aber auch einen rekombinierten TCR. In vitro überwuchs er eine unmanipulierte Kompetitorpopulation, konnte jedoch nach Transplantation kein/e T-Zell Lymphom/Leukämie induzieren. Die LM-PCR Analyse des Klons lieferte eine sehr interessante Integration zwischen den Genen für die alpha-Ketten des IL-2 und des IL-15 Rezeptors, welche dadurch konstitutiv exprimiert wurden. Dies könnte das erste Beispiel für eine insertionsbedingte Immortalisierung eines adulten T-Zell Klons sein. In der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal eindeutig gezeigt werden, dass polyklonale, reife T-Zell Populationen in vivo eine hohe Transformationsresistenz aufweisen. Durch bestimmte Bedingungen können jedoch durchaus maligne Veränderung adulter, reifer T-Lymphozyten induziert werden. Für die Sicherheitsabschätzung gammaretroviraler Gentherapie-Studien mit reifen T-Lymphozyten sind die vorgestellten Ergebnisse von großer Bedeutung und könnten darüber hinaus Aufschluss über die populationsdynamischen Kontrollmechanismen reifer T-Zell Leukämien/Lymphome geben.
Autologous chimeric antigen receptor-modified (CAR) T cells with specificity for CD19 showed potent antitumor efficacy in clinical trials against relapsed and refractory B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL). Contrary to T cells, natural killer (NK) cells kill their targets in a non-antigen-specific manner and do not carry the risk of inducing graft vs. host disease (GvHD), allowing application of donor-derived cells in an allogenic setting. Hence, unlike autologous CAR-T cells, therapeutic CD19-CAR-NK cells can be generated as an off-the-shelf product from healthy donors. Nevertheless, genetic engineering of peripheral blood (PB) derived NK cells remains challenging and optimized protocols are needed. In our study, we aimed to optimize the generation of CD19-CAR-NK cells by retroviral transduction to improve the high antileukemic capacity of NK cells. We compared two different retroviral vector platforms, the lentiviral and alpharetroviral, both in combination with two different transduction enhancers (Retronectin and Vectofusin-1). We further explored different NK cell isolation techniques (NK cell enrichment and CD3/CD19 depletion) to identify the most efficacious methods for genetic engineering of NK cells. Our results demonstrated that transduction of NK cells with RD114-TR pseudotyped retroviral vectors, in combination with Vectofusin-1 was the most efficient method to generate CD19-CAR-NK cells. Retronectin was potent in enhancing lentiviral/VSV-G gene delivery to NK cells but not alpharetroviral/RD114-TR. Furthermore, the Vectofusin-based transduction of NK cells with CD19-CARs delivered by alpharetroviral/RD114-TR and lentiviral/RD114-TR vectors outperformed lentiviral/VSV-G vectors. The final generated CD19-CAR-NK cells displayed superior cytotoxic activity against CD19-expressing target cells when compared to non-transduced NK cells achieving up to 90% specific killing activity. In summary, our findings present the use of RD114-TR pseudotyped retroviral particles in combination with Vectofusin-1 as a successful strategy to genetically modify PB-derived NK cells to achieve highly cytotoxic CD19-CAR-NK cells at high yield.
Gene therapy has the potential to revolutionise treatment for patients with haemophilia and is close to entering clinical practice. While factor concentrates have improved outcomes, individuals still face a lifetime of injections, pain, progressive joint damage, the potential for inhibitor development and impaired quality of life. Recently published studies in adeno‐associated viral (AAV) vector‐mediated gene therapy have demonstrated improvement in endogenous factor levels over sustained periods, significant reduction in annualised bleed rates, lower exogenous factor usage and thus far a positive safety profile. In making the shared decision to proceed with gene therapy for haemophilia, physicians should make it clear that research is ongoing and that there are remaining evidence gaps, such as long‐term safety profiles and duration of treatment effect. The eligibility criteria for gene therapy trials mean that key patient groups may be excluded, eg children/adolescents, those with liver or kidney dysfunction and those with a prior history of factor inhibitors or pre‐existing neutralising AAV antibodies. Gene therapy offers a life‐changing opportunity for patients to reduce their bleeding risk while also reducing or abrogating the need for exogenous factor administration. Given the expanding evidence base, both physicians and patients will need sources of clear and reliable information to be able to discuss and judge the risks and benefits of treatment.
Gene therapy (GT) is becoming a realistic treatment option for patients with haemophilia. Outside clinical trials, the complexity and potential complications of GT will pose unprecedented challenges to haemophilia care centres.AIM: To explore the potential use of electronic tools to improve the delivery of GT under real-world conditions.METHODS: Considering the hub-and-spoke model, the GTH working group on GT considered the entire patient pathway and reached consensus on requirements for an integrative software tool to secure documenting and sharing information between treaters, pharmacies and patients.RESULTS: Six steps of the gene therapy process were identified, each requiring completion of the previous step as a prerequisite for entry. The responsibilities of GT dosing and follow-up treatment centres, read/write access rules, and the minimum data set were outlined. Data contributed by patients through mobile devices was also considered.CONCLUSION: Important information needs to be shared between patients and treatment centres in a real-world GT hub-and-spoke model. Collecting and sharing this information in well-organised electronic applications will not only improve patient care but also enable national and international data collection in clinical registries...
Introduction: Adeno-associated virus (AAV)-based gene therapy for haemophilia presents a challenge to the existing structure of haemophilia centres and requires a rethink of current collaboration and information exchange with the aim of ensuring a system that is fit-for-purpose for advanced therapies to maximise benefits and minimise risks. In Europe, a certification process based on the number of patients and facilities is offered to the haemophilia centres by European Haemophilia Network (EUHANET). Aim and methods: This joint European Association for Haemophilia and Allied Disorders (EAHAD) and European Haemophilia Consortium (EHC) publication describes criteria for centres participating in gene therapy care that require a reassessment of the infrastructure of comprehensive care and provides an outlook on how these criteria can be implemented in the future work of haemophilia centres. Results: The core definition of a haemophilia treatment centre remains, but additional roles could be implemented. A modifiable ‘hub-and-spoke’ model addresses all aspects associated with gene therapy, including preparation and administration of the gene therapy product, determination of coagulation and immunological parameters, joint score and function, and liver health. This will also include the strategy on how to follow-up patients for a long-term safety and efficacy surveillance. Conclusion: We propose a modifiable, networked ‘hub and spoke’ model with a long term safety and efficacy surveillance system. This approach will be progressively developed with the goal of making haemophilia centres better qualified to deliver gene therapy and to make gene therapy accessible to all persons with haemophilia, irrespective of their country or centre of origin.
Introduction: Adeno-associated virus (AAV)-based gene therapy for haemophilia presents a challenge to the existing structure of haemophilia centres and requires a rethink of current collaboration and information exchange with the aim of ensuring a system that is fit-for-purpose for advanced therapies to maximise benefits and minimise risks. In Europe, a certification process based on the number of patients and facilities is offered to the haemophilia centres by European Haemophilia Network (EUHANET). Aim and methods: This joint European Association for Haemophilia and Allied Disorders (EAHAD) and European Haemophilia Consortium (EHC) publication describes criteria for centres participating in gene therapy care that require a reassessment of the infrastructure of comprehensive care and provides an outlook on how these criteria can be implemented in the future work of haemophilia centres. Results: The core definition of a haemophilia treatment centre remains, but additional roles could be implemented. A modifiable ‘hub-and-spoke’ model addresses all aspects associated with gene therapy, including preparation and administration of the gene therapy product, determination of coagulation and immunological parameters, joint.
Präklinische Untersuchungen zur Gentherapie der HIV-Infektion mit dem retroviralen Vektor M87o
(2007)
Mit der Einführung der hochaktiven antiretroviralen Therapie (HAART) 1995 wandelte sich die HIV-Infektion in den Industrieländern von einer akut lebensbedrohlichen zu einer chronisch verlaufenden und scheinbar gut kontrollierten Erkrankung. Das Virus wird allerdings nie vollständig aus dem Körper eliminiert, sodass die Betroffenen zeitlebens Medikamente einnehmen müssen. Die Langzeit-Medikation wird häufig von schweren Nebenwirkungen begleitet, führt zur Selektion resistenter Viren und muss häufig umgestellt werden. Gentherapeutische Verfahren, die die CD4+ Zielzellen durch die Expression antiviraler Gene vor der Infektion durch HIV schützen („intrazelluläre Immunisierung“), stellen viel versprechende Therapiealternativen dar. Der in der Arbeitsgruppe von Laer entwickelte retrovirale Vektor M87o (EGELHOFER et al. 2004, EGELHOFER 2004) exprimiert das 46 Aminosäuren lange membran-verankerte Peptid C46, das in der Lage ist, die gp41-vermittelte Fusion von Virus- und Zellmembran zu inhibieren. In Zelllinien und primären Lymphozyten konnte gezeigt werden, dass M87o die Infektion durch unterschiedliche HIV-Isolate sehr effektiv verhindert. Im Rahmen vorklinischer Untersuchungen konnte in vitro gezeigt werden, dass die retrovirale Transduktion mit M87o das Transformationsrisiko und damit das Risiko der Entstehung von Neoplasien nicht steigert. An primären peripheren T-Zellen konnte zeigt werden, dass M87o die Zielzellen weder phänotypische noch funktionelle verändert. Für die Untersuchung der retroviralen Gentherapie im Rhesusaffenmodell wurde zunächst ein Gentransferprotokoll für periphere Affenlymphozyten entwickelt, mit dem in Vorversuchen Gentransferraten von ca. 50% erreicht werden konnten. Das Transduktionsprotokoll wurde anschließend im Rahmen einer präklinischen Studie zur Toxizität und Immunogenität der M87o-Gentherapie, bei der Herstellung zweier Studientransplantate angewandt. Beide Zellpräparate wurden den Versuchstieren transplantiert. Während des Eingriffs traten keine akuttoxischen Reaktionen auf. M87o+-Zellen konnten bis 140 Tage nach der Transplantation mittels PCR nachgewiesen werden. Immunologische Untersuchungen (Cytokinfärbung, Proliferationsassay, ELISPOT) ergaben keine Hinweise auf zelluläre oder humorale Immunreaktionen. M87o-spezifische Antikörper waren im Serum nicht nachweisbar. Für die Durchführung einer klinischen Studie zur Toxizität und Wirksamkeit (Phase I/II) an HIV-infizierten Probanden wurde ein Protokoll zur Produktion M87o-modifizierter T-Zellen (mindestens 5 × 108 M87o+ CD4-T-Zellen pro Spender) entwickelt. In die klinische Prüfung wurden Patienten aufgenommen, die nach multiplem Therapieversagen durch das Auftreten multiresistenter HIV eine CD4-Zellzahl von 50 bis 200 µl-1 Blut, sowie eine Viruslast von >5.000 Kopien ml-1 Blut aufwiesen. Im Versuchsmaßstab konnte ein Transduktionsprotokoll erarbeitet werden, mit dem im Mittel 46% der CD4+ T-Zellen mit M87o transduziert werden konnten. Innerhalb von 10 Tagen expandierte die Zellzahl im Mittel um den Faktor 153, wobei die HIV-Replikation vollständig inhibiert wurde. Das Protokoll wurde erfolgreich vom Versuchsmaßstab in den klinisch relevanten Produktionsmaßstab übersetzt. In drei Versuchsläufen wurde im Mittel eine Transduktionsrate von 29% erreicht und die Zellzahl um den Faktor 44 vermehrt. Der Anteil an CD3+/CD4+ Zellen an der Gesamtpopulation lag im Mittel bei 91%. Insgesamt konnten mit dem etablierten Protokoll durchschnittlich 2,3 × 109 CD3+/CD4+/M87o+ Zellen, bei gleichzeitig vollständiger Inhibition der HIV-Replikation, generiert werden. Im Rahmen einer klinischen Studie zur Toxizität und Wirksamkeit der M87o-Gentherapie wurden 10 Studientransplantate gemäß dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Protokoll hergestellt. Alle Transplantate wurden am Universitäts-Krankenhaus Eppendorf in Hamburg transfundiert und von den Patienten sehr gut vertragen.
The physiotherapist plays an essential role for people with haemophilia, an inherited bleeding disease responsible for musculoskeletal complications. Yet, with the advent of new and advanced therapies, the medical landscape is changing, and physiotherapy must adapt alongside. This paper considers whether there will still be a need for physiotherapy in the era of advanced therapies, and discusses ways in which services should evolve to complement emerging treatment paradigms for haemostasis in people with haemophilia. Ultimately, physiotherapy will remain an important element of care, even for people with little joint damage and low risks in the era of the new mild phenotype. However, competencies will need to evolve, and physiotherapists in both primary care and specialist treatment centres should work with haematology colleagues to develop more sensitive tools for detecting early joint changes. Physiotherapists will also play a crucial role in counselling and physically coaching, monitoring the musculoskeletal status of people with haemophilia who have transitioned to new treatments.