CRISPR-gemedieerde genmanipulatie met CTX001 resulteert mogelijk in functionele genezing van patiënten met transfusie-afhankelijke β-thalassemie en sikkelcelziekte

In de CLIMB THAL-111- en CLIMB SCD-121-studies is gevonden dat CRISPR-Cas9 genmanipulatie met CTX001 mogelijk resulteert in functionele genezing van patiënten met transfusie-afhankelijke β-thalassemie en sikkelcelziekte. Een verslag van de eerste 10 patiënten met ten minste 2 maanden follow-up laat zien dat alle patiënten met β-thalassemie transfusie-onafhankelijk zijn geworden en dat geen van de patiënten met sikkelcelziekte een vaso-occlusieve crise heeft doorgemaakt sinds CTX001-infusie. Alle patiënten lieten verder een substantiële en blijvende toename in de productie van foetaal hemoglobine zien.

Achtergrond

BCL11A is een belangrijke transcriptiefactor die de productie van foetaal hemoglobine (HbF) in rode bloedcellen (‘red blood cells’, RBC’s) remt, resulterend in de productie van volwassen Hb (‘adult’ Hb, HbA). Bij ziektes met defecten in hemoglobineproductie, zoals β-thalassemie en sikkelcelziekte (‘sickle cell disease’, SCD), kan de upregulatie van HbF mogelijk de anemie verbeteren en de transfusielast voor patiënten met β-thalassemie, of vaso-occlusieve crises (VOC’s) bij SCD-patiënten verminderen. Met ex vivo CRISPR-Cas9 genmanipulatie kan de erythroïde ‘enhancer’-regio van BCL11A in hematopoïetische stam- en progenitorcellen (HSPC’s) worden veranderd, resulterend in de productie van CTX001. Zowel de CLIMB THAL-111- en CLIMB SCD-121-studies zijn fase I/II, multicentrische, open-label, eenarmige ‘first-in-human’ studies met CTX001 voor respectievelijk patiënten met transfusie-afhankelijke β-thalassemie (‘transfusion dependent β-thalassemia’, TDT) en SCD. In de CLIMB THAL-111-studie kunnen 45 TDT-patiënten met een leeftijd tussen de 12 en 35 jaar worden geïncludeerd - waaronder ook patiënten met β⁰/β⁰-genotype - die in de afgelopen twee jaar werden behandeld met ≥100 ml/kg/jaar of ≥10 units/jaar van rode bloedcelconcentraten. In de CLIMB SCD-121-studie kunnen 45 patiënten met een leeftijd tussen de 12 en 35 jaar worden geïncludeerd, met ernstige SCD en een geschiedenis van ≥2 VOCs/jaar in de afgelopen twee jaar. Perifere CD34+-hematopoietische stamcellen van patiënten werden verzameld door middel van aferese na mobilisatie met filgrastim en plerixafor (bij TDT-patiënten) of alleen plerixafor (bij SCD-patiënten). De erythroïde ‘enhancer’-regio van BCL11A werd in deze CD34+-cellen gemanipuleerd door CRISPR-Cas9-genmaupilatie. Voorafgaand aan de CTX001-infusie op dag 1, ondergingen patiënten myeloablatieve conditionering met busulfan gedurende 4 dagen. Vervolgens werden de patiënten gevolgd voor ‘engraftment’, hematopoïetisch herstel, bijwerkingen, hemoglobineproductie, hemolyse, HbF en F-celexpressie, RBC-transfusie-afhankelijkheid (bij TDT-patiënten) en VOC’s (bij SCD-patiënten).

Resultaten

Tijdens ASH 2020 werden data gepresenteerd van de eerste 10 patiënten geïnfundeerd met CTX001 (TDT, n=7; SCD, n=3) die ten minste een follow-up van 3 maanden hadden. Bij TDT-patiënten was de mediane neutrofiel-‘engraftment’ op dag 32 en de mediane bloedplaatjes-‘engraftment’ op dag 37. De mediane duur van de follow-up bij deze patiënten was 8,9 maanden. Bij SCD-patiënten was de mediane neutrofiel-‘engraftment’ op dag 22 en de mediane bloedplaatjes-‘engraftment’ op dag 30. Alle patiënten lieten een vroege toename van totaal Hb en HbF zien en deze toenames werden in de loop van de tijd behouden. Bij zeven TDT-patiënten met drie maanden follow-up, was de mediane totale Hb 11,5 g/dl met een mediane HbF van 8,4 g/dl. Van belang om te melden is dat beide patiënten met ernstige β⁰/β⁺ (IVS-I-110) normale hemoglobinewaardes hadden ten tijde van het laatste follow-upbezoek. Zes maanden na CTX001-infusie, bracht 99,8% van de rode bloedcellen HbF tot expressie. Dit resulteerde in transfusie-onafhankelijkheid binnen de eerste 2 maanden voor alle TDT-patiënten.

Ook bij de drie patiënten met SCD werden klinisch zinvolle verbeteringen in HbF en totaal Hb vroeg bereikt en gedurende de tijd behouden. Tijdens de laatste follow-up, was het percentage HbF bij deze patiënten tussen de 31% en 48%. Door middel van flowcytometrie werden de circulerende RBCs die HbF tot expressie brachten onderzocht. Vijf maanden na infusie, bracht 99% van de RBCs HbF tot expressie. Voor alle drie de SCD-patiënten betekende de verhoging van HbF een klinisch voordeel; geen van de patiënten had nog een VOC na CTX001-infusie. De verandering in BCL11A in de CD34+-cellen in het beenmerg werd zes en twaalf maanden na infusie onderzocht. Bij de 2 patiënten met een follow-up van ten minste 12 maanden (1 TDT-patiënt en 1 SCD-patiënt) werd er geen verschil gevonden in het percentage CD34+-beenmergcellen die allelisch waren veranderd, hetgeen aantoont dat de ‘engraftment’ persistent en stabiel is.

Bij alle patiënten waren de bijwerkingen over het algemeen consistent met myeloablatie en autologe stamceltransplantatie. De meeste van de bijwerkingen werden binnen de eerste 60 dagen na CTX100-infusie gemeld. Een TDT-patiënt had 4 ernstige bijwerkingen, (mogelijk) gerelateerd aan CTX100: hoofdpijn, hemofagocytische lymfohistiocytose (HLH), acuut ademnoodsyndroom en idiopathisch pneumoniesyndroom. Alle vier deze ernstige bijwerkingen vonden plaats in de context van HLH en zijn opgelost. Door de andere zes TDT-patiënten werden geen ernstige bijwerkingen gerapporteerd gerelateerd aan CTX001. Na CTX001-infusie ervoer een SCD-patiënt ernstige bijwerkingen: sepsis (gerelateerd aan busulfan), cholelithiasis en buikpijn (beide niet gerelateerd aan een studiemiddel); al deze bijwerkingen zijn opgelost. Er werden geen ernstige bijwerkingen gerelateerd aan CTX001 gemeld.

Conclusies

De eerste tien patiënten behandeld met CTX001 zij nu gevolgd voor 3,8 tot 21,5 maanden. Alle tien zijn gestopt met transfusies (TDT-patiënten) en zijn vrij van VOCs (SCD-patiënten). Het bijwerkingenprofiel van CTX001 is over het algemeen consistent met de bijwerkingen gezien bij myeloablatieve conditionering en autologe beenmergtransplantatie. Klinisch betekenisvolle verbeteringen in HbF en totale hemoglobinewaardes werden snel gevonden en deze bleven behouden bij alle tien patiënten. Met deze resultaten is klinisch ‘proof-of-concept’ aangetoond voor zowel TDT-patiënten als SCD-patiënten en is duidelijk dat CTX001 mogelijke een functionele genezing kan betekenen voor TDT- en SCD-patiënten.

Referentie

Frangoul H, Bobruff Y, Cappellini MD, et al. Safety and efficacy of CTX001 in patients with transfusion-dependent β-thalassemia and sickle cell disease: early results from the Climb THAL-111 and Climb SCD-121 studies of autologous CRISPR-CAS9–modified CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells. Gepresenteerd tijdens ASH 2020; abstract 4.