Brain delivery and activity of a lysosomal enzyme using a blood-brain barrier transport vehicle in mice

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作者
Julie C. Ullman,Annie Arguello,Jennifer A. Getz,Akhil Bhalla,Cathal Mahon,Junhua Wang,Tina Giese,Catherine Bédard,Dojin Kim,Jessica Blumenfeld,Nicholas Liang,Ritesh Ravi,Alicia Nugent,Sonnet S. Davis,Connie Ha,Joseph Duque,Hai Tran,Robert C. Wells,Steve Lianoglou,Vinay M. Daryani,Wanda Kwan,Hilda Solanoy,Hoang Nguyen,Timothy K. Earr,Jason C. Dugas,Michael Tuck,Jack Harvey,Michelle L. Reyzer,Richard M. Caprioli,Sejal S. Hall,Suresh B. Poda,Pascal E. Sanchez,Mark S. Dennis,Kannan Gunasekaran,Ankita Srivastava,Thomas Sandmann,Kirk R. Henne,Robert G. Thorne,Gilbert Di Paolo,Giuseppe Astarita,Dolores Diaz,Adam P. Silverman,Ryan J. Watts,Zachary K. Sweeney,Mihalis S. Kariolis,Anastasia G. Henry
出处
期刊:Science Translational Medicine [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:12 (545) 被引量:121
标识
DOI:10.1126/scitranslmed.aay1163
摘要

Most lysosomal storage diseases (LSDs) involve progressive central nervous system (CNS) impairment, resulting from deficiency of a lysosomal enzyme. Treatment of neuronopathic LSDs remains a considerable challenge, as approved intravenously administered enzyme therapies are ineffective in modifying CNS disease because they do not effectively cross the blood-brain barrier (BBB). We describe a therapeutic platform for increasing the brain exposure of enzyme replacement therapies. The enzyme transport vehicle (ETV) is a lysosomal enzyme fused to an Fc domain that has been engineered to bind to the transferrin receptor, which facilitates receptor-mediated transcytosis across the BBB. We demonstrate that ETV fusions containing iduronate 2-sulfatase (ETV:IDS), the lysosomal enzyme deficient in mucopolysaccharidosis type II, exhibited high intrinsic activity and degraded accumulated substrates in both IDS-deficient cell and in vivo models. ETV substantially improved brain delivery of IDS in a preclinical model of disease, enabling enhanced cellular distribution to neurons, astrocytes, and microglia throughout the brain. Improved brain exposure for ETV:IDS translated to a reduction in accumulated substrates in these CNS cell types and peripheral tissues and resulted in a complete correction of downstream disease-relevant pathologies in the brain, including secondary accumulation of lysosomal lipids, perturbed gene expression, neuroinflammation, and neuroaxonal damage. These data highlight the therapeutic potential of the ETV platform for LSDs and provide preclinical proof of concept for TV-enabled therapeutics to treat CNS diseases more broadly.
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