从乔治·丘奇的实验室中脱颖而出的AAV衣壳设计平台，达成逾20亿美金基因疗法开发合作丨医麦黑科技

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2020年5月13日/医麦客新闻 eMedClub News/--日前，总部位于马萨诸塞州剑桥的Dyno Therapeutics 正式推出了其专有的CapsidMap平台，这是一种利用人工智能（AI）改进基因疗法的技术；该平台能够设计新颖的腺相关病毒(AAV)载体，显著改进目前的基因治疗方法，并扩大可应用疾病的范围。

通过与生物制药公司的研发和合作，Dyno积极致力于眼科、肌肉、中枢神经系统(CNS)和肝脏疾病的新型基因治疗载体。5月11日，Dyno宣布与诺华(Novartis)和Sarepta达成合作，Dyno将与诺华(Novartis)进行眼部疾病基因疗法的开发，与Sarepta则选择了在肌肉疾病领域。

根据这两笔交易的合作协议，该公司可能会收到超过20亿美元的预付款、研究支持、期权费，以及临床前、临床、监管和销售里程碑款项，其中包括来自Sarepta交易研究阶段的4,000万美元，与诺华的合作财务细节还没有透露。

来自乔治·丘奇实验室的CapsidMap平台

Dyno的CapsidMap™平台运用Dyno独有的人工智能（AI）技术系统，快速发现、设计并优化新型AAV衣壳，即病毒载体的细胞靶向蛋白外壳。CapsidMap以前所未有的规模系统地生成并评估数百万个新的AAV变体，通过构建大量详细的合成AAV衣壳序列空间图谱，研究人员可以快速导航，找到具有改造潜力的增强型基因治疗载体，极大地加速了改良的AAV载体的鉴定。

CapsidMap™使用先进的机器学习搜索算法，结合高通量的实验生成大量的体内数据，加速了合成AAV衣壳的创建。通过提高靶向性、有效载荷大小、免疫逃避和可制造性，克服了自然存在的病毒衣壳的局限性。

▲CapsidMap™平台示意图（图片来源：Dyno公司官网）

Dyno的这一技术平台是建立在人类遗传学家乔治·丘奇（George Church）博士实验室开发知识上，乔治·丘奇博士是哈佛医学院遗传学教授，哈佛大学威斯生物工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）的核心成员。

▲ Dr.George Church(图片来源：bostonglobe)

Dyno在AAV衣壳工程上的一些技术突破于2019年11月在Science杂志上发表，这些技术突破是基于该公司的创始人和在HMS和威斯研究所(Wyss Institute)丘奇实验室的成员进行的工作。Dyno拥有与哈佛大学就该技术签订许可协议的独家选择权。丘奇博士是Dyno的联合创始人，也是该公司科学顾问委员会的主席。

Dyno与Sarepta的合作，Dyno将负责设计和发现新型AAV衣壳，以改善针对肌肉疾病的基因疗法，Sarepta将负责临床前，临床和商业活动。在合作伙伴的研究阶段，Dyno有资格获得超过4,000万美元的预付款，期权和许可证付款。如果Sarepta开发并商业化各种肌肉疾病的多种候选药物，则Dyno有资格获得更多的里程碑以及特许权使用费。

“通过开发广泛的治疗罕见病的计划并结合一流的制造专业知识，使Sarepta成为世界领先的基因治疗引擎。” Sarepta总裁兼首席执行官Doug Ingram表示：“这是我们的使命。为此，我们与Dyno达成的协议为我们提供了另一种有价值的工具，可以开发下一代病毒载体用于罕见病的基因治疗。”

与诺华的合作重点则是致力于开发改良的AAV载体，用于眼部疾病的基因治疗。Dyno将负责使用其AI技术和工具来设计和发现新颖的AAV衣壳，而诺华将负责临床前，临床和商业活动。这项合作包括前期付款，研究经费，许可费，临床，监管和销售里程碑款项以及净销售额的特许权使用费，具体财务细节没有透露。

Dyno联合创始人兼首席执行官Eric D. Kelsic说：“我们很高兴与诺华合作。许多眼睛疾病非常适合通过基因疗法进行治疗，并且通过新型和改良的AAV载体可以开辟更多的机会。”

Dyno于2018年末成立，由Polaris Partners和CRV共同领导的900万美元融资。Dyno的联合创始人、Polaris Partners的企业合伙人Alan Crane以及CRV的普通合伙人Dylan Morris都是Dyno的董事会成员，Alan Crane担任Dyno的执行主席。

Alan Crane说：“我们投资Dyno是因为我们相信公司的平台代表了基因疗法发展的范式转变。基因疗法有潜力治愈现有的小分子和抗体疗法不能充分治疗的疾病。在这一领域，我们通常知道我们想要用哪种基因来治疗，但是我们不能有效地把它们送到目标组织和细胞类型。在趋向性、免疫原性、包装大小和制造特点方面进行了改善的AAV衣壳能将这类治疗扩大用于更多的患者。”

Dyno正在建立一个由商业、基因治疗和机器学习领域的多学科专家组成的团队。除了Eric Kelsic, George Church和Alan Crane，公司的创始人还包括Sam Sinai博士，机器学习首席科学家；Adrian Veres博士，科学顾问；以及Tomas Bjorklund博士，Dyno的科学顾问，隆德（Lund） 大学副教授，也是AAV衣壳工程的领导者。

Kelsic说：“在Dyno，我们看到基因疗法有巨大的发展前景。基因治疗的成功依赖于载体将基因安全准确地传递至目标靶细胞和组织的能力。我们的方法解决了天然AAV载体的主要局限性，并为具有巨大治愈潜力的基因治疗创建了针对疾病的优化载体。我们的研发项目组合以及最近与领先的基因疗法开发商宣布的合作反映了我们以人工智能（AI）为动力的方法可用于改善对患者的治疗并扩大基因疗法可治疗疾病的范围。”

AAV的衣壳改造

腺相关病毒（AAV）是一种单链DNA病毒，由蛋白衣壳（capside）和长度为4.7kb的单链DNA基因组构成，蛋白衣壳则由三个亚基组成，分别为VP1、VP2和VP3。目前的科学界共识是AAV不会导致任何人类疾病，也正是由于AAV具有无致病性、高效的长期基因表达、易于基因操作以及免疫反应低(或在许多情况下缺乏)这一系列特性，使其成为了基因递送的重要工具。

▲AAV载体介导转基因表达的过程

（图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

2020年2月10日，Nature Reviews Drug Discovery上发表的一篇题为“Engineering adeno-associated virus vectors for gene therapy”的文章表示，目前的研究表明，AAV载体的基因修饰可能会进一步促进AAV基因治疗的成功。载体工程可以提高AAV的转导效率(通过优化转基因cassette)、载体向性(利用衣壳工程)、提高衣壳和转基因避免宿主免疫反应的能力(通过对这些成分进行基因修饰)，以及优化AAV的规模化生产。

腺相关病毒载体骨架的优化改造集中分为基因组和蛋白衣壳两类。优化目标主要是提高外源基因转导效率和降低免疫原性。

Sarepta基因治疗部门负责人Louise Rodino-Klapac表示，衣壳，是包住病毒遗传物质的蛋白质外壳，是形成基因疗法所必需的三个核心组成部分之一；另外两个核心组成部分是病人体内缺失或有缺陷的转基因，以及启动细胞内基因的启动子。衣壳的微小变化对最终产品的免疫原性、可制造性、传递效率、对目标细胞的特异性和包装大小造成深刻的影响。

▲Louise Rodino-Klapac

事实上，自从AAV表现出作为基因疗法载体的临床活性之后，研究人员就在不断对衣壳蛋白进行改造，试图赋予它新的功能和特征。随着科技的进步，开发新衣壳蛋白的策略也不断演变。目前，衣壳蛋白改进的策略可以分为3大类：理性设计（Rational design）、定向进化（Directed evolution）和计算机辅助设计AAV衣壳库（Computationally designed ancestral capsids）。

这三种方法均可增强AAV转导，经过理性设计和定向进化的衣壳也可以逃避免疫反应。

▲AAV衣壳改进设计策略

（图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

理性设计：AAV 蛋白衣壳序列和结构研究帮助深入了解了其转导机制。这些信息可以有效指导理性设计优化AAV的蛋白衣壳，提高转导效率。最初的改良策略包括将特定多肽序列嫁接在衣壳表面，让它们可以与特定细胞表面的受体相结合。这可以让病毒载体感染原先无法被感染的细胞。另一个改良病毒载体衣壳的方向是扰乱细胞对衣壳蛋白的降解过程。

定向进化：其原则是模拟自然进化的机制，在衣壳蛋白中引入大量随机突变，然后在选择压力下筛选出具有特定生物性质和特征的衣壳；主要包括利用容易出错的PCR、基因重排、蛋白质片段的定向重组、一种结合了理性设计和定向进化的策略、基于Cre重组的AAV定向进化(CREATE)以及体内定向进化，可以改善或改变生物产物的功能，已被用于开发AAV载体。

由于对AAV与细胞表面受体结合，内化，在细胞内运输，以及进行基因表达的生理过程还不够了解，这方面知识的缺陷限制了理性设计的应用。因此，定向进化手段在很多情况下成为优化病毒载体更有效的策略。

计算机辅助设计策略：利用计算机辅助设计的基因文库，根据DNA序列和AAV血清型间的进化分析来构建一个潜在的AAV原始衣壳库，然后筛选具有特殊性质的AAV血清型。

AAV基因疗法未来可期

目前，三款以AAV为载体的基因治疗药物已经获批上市，它们是UniQure公司开发的Glybera（AAV1），SparkTherapeutics公司开发的Luxturna（AAV2）和诺华公司开发的Zolgensma（AAV9）；另外还有一款治疗A型血友病的AAV基因治疗药物BMN-270（来自BioMarin）也提交了上市申请。由此我们可以看出AAV 基因疗法的潜力是巨大的。

作为基因疗法的有力递送手段，AAV载体平台的开发一直备受关注，近年来也呈现指数型增长。当然，AAV载体平台的发展也存在多项挑战需要克服，例如如何经济有效地大规模生产治疗性AAV载体，以及克服人体对其的免疫排斥作用等，这对于AAV基因疗法的应用扩展具有关键性的意义。

参考资料：

https://www.businesswire.com/news/home/20200511005265/en/Dyno-Therapeutics-Emerges-Stealth-Transform-Gene-Therapy/?feedref=JjAwJuNHiystnCoBq_hl-RLXHJgazfQJNuOVHefdHP-D8R-QU5o2AvY8bhI9uvWSD8DYIYv4TIC1g1u0AKcacnnViVjtb72bOP4-4nHK5ieT3WxPE8m_kWI77F87CseT

https://endpts.com/spun-out-of-george-churchs-lab-this-biotech-upstart-is-mapping-the-aav-universe-for-novartis-sarepta-to-gaze/

https://www.biospace.com/article/dyno-therapeutics-comes-out-of-stealth-mode-with-2-billion-in-potential-collaboration-deals/

Dyno Therapeutics 官网

https://www.nature.com/articles/s41573-019-0012-9

https://www.nature.com/articles/s41576-019-0205-4

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