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江苏团队勇闯耳聋基因治疗无人区实现从0到1的原创性突破——“逆天改命”,用自己的耳朵听世界
2024-03-13 06:55:00  来源:新江苏客户端·中国江苏网  作者:谢诗涵 杨彦  
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“我会播放不同音调的声音,如果你能听得见,就举一下手,好吗?”

在完全封闭的听力检测室内,14岁的少年聪聪点点头。一次举手,两次、三次、四次……隔着检查室的玻璃窗,聪聪妈妈眼泪一下子就涌了出来,远在江苏南京的陆玲主任听到这个消息后,眼眶瞬间湿润了。“成功了!”报喜的微信再一次发到了柴人杰教授那儿。

用自己的耳朵听见原本听不见的世界,聪聪是目前全球20多个“逆天改命”的幸运儿中的一个。

不久前,东南大学首席教授、东南大学附属中大医院双聘教授柴人杰团队联合南京大学医学院附属鼓楼医院等国内多家单位,首次报道了领跑全球的耳聋基因治疗技术,成功恢复了遗传性耳聋患者的听力,实现了耳聋基因治疗从0到1的原创性突破。这支江苏团队自主研发的新型核酸药物(腺相关病毒,AAV)在多中心临床试验大获成功,目前已帮助全国10余例DFNB9耳聋病人,用自己的耳朵听见了真实世界。

他终于听见了风的声音

3岁的先天性耳聋小患者小敏,1岁时接受了右耳人工耳蜗植入手术,不久前完全没有听力的左耳接受了基因治疗,术后2个月竟奇迹般地恢复了听力,父母喜极而泣;

8岁的小患者阿宝,一直生活在无声世界,双耳接受了基因治疗后,术后第40天就恢复了正常听力,这是10多位小患者中听力恢复速度最快的孩子之一;

14岁的少年聪聪,在接受基因治疗后的第3天就能听见了汽车喇叭声,术后第5天,他说,他终于听见了风的声音……

全球每年有2600万的先天性耳聋患者,约60%与遗传基因相关。而这其中,常染色体隐性遗传性耳聋9(DFNB9)由OTOF基因突变导致,约占遗传性耳聋的2%—8%。据悉,全国每年会出生1000名左右的DFNB9患儿,通常表现为重度、极重度或完全听力损失和言语障碍。在基因治疗研究之前,这类患者的治疗手段大多以助听器和人工耳蜗为主。

然而,仿生学的人工耳蜗难以代替真实人耳。人之所以可以听见声音,是因为听觉毛细胞将声音产生的机械振动转变为电信号,进而通过听觉神经元将电信号传递到大脑听觉中枢。柴人杰教授解释,人工耳蜗可以视作人造的听觉毛细胞,尽管也能感知声音的机械振动,并将其转化为电信号,但限于通道个数等因素,其模拟的电信号和真实听觉毛细胞转变的电信号是不一样的。“换句话说,植入人工耳蜗的病人能听得见,但听不懂,治标不治本。相当于病人需要经历3—5年的语训去学一门特殊的‘方言’,将他耳朵里听见的和真实声音一一对应。”

柴人杰向记者介绍,与之相比,基因治疗的最大优势在于“缺什么”就可以“补什么”。借助内耳注射的方式,将基因治疗药物(AAV)递送到患儿内耳,弥补缺失的OTOF蛋白功能,使患儿恢复自然听觉。“这种生物学的方法可以将突变的基因纠正,患儿可以通过自己的耳朵听见真实世界,这也是我们想要达成的先天性耳聋标本兼治的目标。”

这一步起点在十余年前

高效、安全、持久,柴人杰团队这一里程碑式的创新成果一经发布,便受到了顶级专家和国际同行的高度肯定和认可。美国工程院院士Frank Zeng更是评价其为耳鼻喉领域继上世纪70年代人工耳蜗发明后,半个世纪里最为革命性的突破。

然而,从0到1,这一步却走了十余年之久。

长久以来,人们一直认为内耳中没有干细胞,且毛细胞无法再生。但这一“刻板印象”却被柴人杰在斯坦福大学的博士后导师推翻——他首次在内耳中发现了干细胞。在此基础上,柴人杰通过一系列研究精准定位了内耳干细胞亚群。2013年,从斯坦福大学医学院博士后毕业后,土生土长的南京人柴人杰来到东南大学任职,继续投身于这场与耳聋的较量中。

从促进内耳干细胞再生毛细胞到促进新生毛细胞成熟和存活,再到构建对内耳干细胞的基因治疗系统,基因治疗修复受损毛细胞恢复听力的最终实现是十余年的久久为功。在此期间,柴人杰携团队在多个国际顶刊上发表了多篇高质量论文,其中,他在生命科学领域最权威国际期刊Cell上发表的一篇论文被评为“2020年度最佳论文”,这也是唯一的一篇脑科学领域由中国学者独立完成的论文,开创了听觉免疫治疗的新研究领域,实现了从跟跑到并跑再到领跑的突破。

经过不懈探索,团队确定通过腺相关病毒AAV介导的基因治疗模式。“把药物递送到内耳后,如何高效转染进内耳细胞,这是一个世界级难题。”柴人杰说,当时已有的商业化AAV的转染内耳细胞效率都很低(最高仅为12%),想要提升转染效率,只能另起炉灶。“在多方合作之下,我们成功研发了这款对内耳细胞转染效率可达80%—90%的新型AAV;同时团队优化了切分位点,新建了针对内耳干细胞的基因编辑系统。”

此外,考虑到OTOF基因“个头”比较大,超过了单个基因治疗递送载体的装载容量,于是团队采用双载体递送系统,即由两个AAV协同递送OTOF基因。柴人杰解释,相当于一辆车搬不动OTOF基因,需要用两辆卡车来运送,一辆装头,一辆装脚。

十年磨一剑。经过不断的试错和改进,团队最终创建了一套拥有完全自主知识产权的AAV介导基因治疗系统,在耳聋基因治疗领域领跑全球。

将一滴药送入内耳花了5年

药有了,如何将药物递送到人内耳中,研究的接力棒交到了南京大学鼓楼医院高下教授团队手中。

“孜孜以求,在迷路的世界里探索不迷之路。”这是高下教授的博士研究生陆玲主任医师的座右铭。座右铭中的“迷路”就是内耳的别称,这同样是一片“无人区”,甚至是“禁区”。把药递送到位于内耳的耳蜗内,此前从未有过这样的术式。

“远古人类从海洋中走上陆地,我们的皮肤、眼睛已经进化得适应了空气,脏器仍然要保护在躯体内,但有两个器官还是和远古一样泡在‘水’里。这两个器官,一个是大脑和脊髓,一个是耳蜗。”陆玲告诉记者,内耳是一个完全封闭的结构,打个比方,就像古代皇陵的地宫,如果没有足够的技术去发掘,打开的一瞬间就会被毁损。

AAV介导基因治疗系统已经在耳聋模型小鼠实验中获得了成功,接受治疗的耳聋小鼠听力恢复正常,并且没有任何全身毒性反应。南京鼓楼医院医生团队的任务,第一步要在实验大动物(食蟹猴)身上证明药物的安全性,然后才能将药物应用于临床。

这第一步就走了5年。

1毫升是1000微升,柴教授团队的内耳基因药物仅仅30微升,大约就是一滴水的量,陆玲主任要用针尖细如发丝的微量泵将这一滴药送入耳蜗,操作空间极为狭窄。最开始的失败一遍遍在印证“耳蜗禁区”理论——甚至都没有推入药物,仅仅是针尖碰到耳蜗,猴子的听力就完全丧失了,一次又一次。食蟹猴价格昂贵,加上注射药物,“打一针”的成本约30万元左右,再加上前期柴教授研究团队投入的心血,背后还有那么多人的期待,反复失败带来的情绪体验近乎绝望。

“那段时间不仅反复研究为数不多的大动物内耳手术相关参考文献,还研究了老子、庄子、阳明心学,告诉自己抛开杂念、不问结果,领悟‘但行好事莫问前程’的道理,放下得失心,把所有的精力都放在过程上。反复去复盘,反复去试错,把手术台上的每一个细节、每一个步骤都做到极致。”陆玲说。

“注射速度”的摸索也是一个难点。一滴药多长时间打完?陆玲说实验设计的最长时间是50多分钟,50多分钟的时间扶着微量泵纹丝不动,已经超越了人体极限。“我们尝试的时间跨度从5分钟一直到50多分钟,最后摸索出的最佳答案是15分钟。”

从一触即聋,到保留低频听力,最后完全保留听力并且证明没有全身毒性,大动物试验成功了!耳聋基因治疗又迈出了里程碑式的一步。

万里长征才刚开始

目前,基因治疗恢复遗传性耳聋患者听力的先导产品OTOV101已在山东省第二人民医院、华中科技大学同济医学院附属协和医院等10余家三甲医院开展临床试验,10余名携带OTOF突变的受试患者由术前的重度耳聋恢复至正常/接近正常人的水平,且言语功能明显好转。10多名患者的手术,有6例是由南京鼓楼医院完成的,其中最小的1岁,最大的14岁。

“我们使用了显微镜联合耳内镜的技术,力求完美、精准!”陆玲的第一位患者是个3岁的孩子,躺在手术台上,小小的一个。

手术的前一天,整个团队已经做了详细的预演,精确到每一个细节。手术是技术,是肌肉记忆,也是信念。“术后两周,孩子的血液中检测出了抗体,证明药打进去了,也起效了。”一个月后孩子的听力显著进步,两个月恢复正常,“简直太开心了!”

14岁的聪聪是陆玲印象最深的患者,除夕武汉下着冻雨,高铁票紧缺,陆玲到达武汉已经是凌晨。客场作战,陆玲到达后手术团队连夜开会,快速磨合,最后在除夕当天成功为聪聪完成手术。“之前做手术的孩子都是14岁以下儿童,聪聪是全球第一个接受该项治疗的青少年,他的成功意味着治疗可以拓展到14岁以上青少年甚至是成人身上。”

陆玲说,在此之前,全世界的耳科学家都不知道这么大的孩子接受耳聋基因治疗后是否会有效果。

“研究越深入,肩上的责任就越重。”柴人杰表示,从目前的试点情况来看,这种基因治疗在随访期间均展现出良好的安全性和耐受性。双侧注射的患儿40天左右可以完全恢复正常听力,单侧注射的则需要2—3个月的恢复时间。陆玲告诉记者,对于已经接受手术的孩子,他们也已经与全球顶级专家一起制定了更长的随访计划,观察基因治疗的持续效果。

基于该耳聋基因治疗临床试验的成功开展,团队还牵头联合国内多家医院的耳科专家讨论制定并发表了全球第一个耳聋基因治疗的英文临床指南。

柴人杰还告诉记者,目前人工耳蜗植入的费用约为30万元,而基因治疗耳聋的药物费用在中试阶段约为3万元/支,随着项目的不断推进,量产后的费用可以压缩至1万元左右,大大缓解了患者的经济压力。

“不挣钱也必须要做。因为对我们而言,这或许只是一项科研工作,但对于中国3780万耳聋患者来说,这是改变一生的机会。”柴人杰表示。

勇闯耳聋基因治疗无人区,柴人杰坦言科研过程平淡却不平凡。“目前全球已知的致聋基因约为225个,而我们今天所做的仅仅是1/225。这是万里长征的第一步,未来还有100/225、225/225。探索其他耳聋基因疾病的基因治疗方法,我们要做的就是一步接一步,往前走。”

记者 谢诗涵 杨彦

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