Towards Gene Therapy of Osteopetrosis.
(2007)- Abstract
- The goal in this thesis is development of gene therapy for malignant infantile osteopetrosis (IMO), a rare but severe genetic bone disease. The concept of osteopetrosis implies dysfunction or lack of osteoclasts, the bone resorbing cells in our body, resulting in failure of normal bone breakdown. Although involved in bone remodeling, osteoclasts are of hematopoietic origin and may potentially be targeted by genetic modification of hematopoietic stem cells (HSCs). Recently, clinical progress within the field of gene therapy has been achieved for other monogenic diseases affecting the hematopoietic system thereby providing hope for future clinical application also for osteopetrosis. We have been working with a mouse model of IMO called the... (More)
- The goal in this thesis is development of gene therapy for malignant infantile osteopetrosis (IMO), a rare but severe genetic bone disease. The concept of osteopetrosis implies dysfunction or lack of osteoclasts, the bone resorbing cells in our body, resulting in failure of normal bone breakdown. Although involved in bone remodeling, osteoclasts are of hematopoietic origin and may potentially be targeted by genetic modification of hematopoietic stem cells (HSCs). Recently, clinical progress within the field of gene therapy has been achieved for other monogenic diseases affecting the hematopoietic system thereby providing hope for future clinical application also for osteopetrosis. We have been working with a mouse model of IMO called the oc/oc mouse and have been able to correct the otherwise lethal osteopetrotic phenotype in theses animals by transplantation of normal bone marrow. In addition, we established optimal pre-transplantation irradiation dose, cell dose and onset of treatment. Further studies in the oc/oc mouse model involved gene therapy where oc/oc fetal liver derived HSCs were transduced with a retroviral vector and subsequently transplanted into oc/oc mice. In vitro studies of osteoclast function revealed a partial restoration of bone resorbing activity. The osteopetrotic phenotype was reversed and this resulted in long-term survival of transplanted mice. The present findings provide a first and significant step towards the development of gene therapy in patients with malignant osteopetrosis. To prepare for human gene therapy, we also investigated the ability of lentiviral vectors, produced by stable packaging cell lines, to transduce human CD34+ SCID repopulating cells. (Less)
- Abstract (Swedish)
- Popular Abstract in Swedish
Osteopetros är ett samlingsnamn för en grupp av sjukdomar som påverkar benombildningen i vår kropp. Denna term kan lätt förväxlas med den betydligt vanligare sjukdomen osteoporos (benskörhet). Trots ordens snarlikhet skiljer sig dessa sjukdomar sig avsevärt från varandra. Osteo är latin för ben och medan poros kan översättas med porös betyder petros sten. Även om de olika typerna av osteopetros skiljer sig åt en del ser man vanligen en benförtjockning hos alla patienter. Om man tar lårbenet som exempel består det i normala fall av ett yttre lager av benvävnad som omger ett hålrum för att ge en optimal struktur som är tålig för belastning men också är tillräckligt lätt att bära upp. Inne i... (More) - Popular Abstract in Swedish
Osteopetros är ett samlingsnamn för en grupp av sjukdomar som påverkar benombildningen i vår kropp. Denna term kan lätt förväxlas med den betydligt vanligare sjukdomen osteoporos (benskörhet). Trots ordens snarlikhet skiljer sig dessa sjukdomar sig avsevärt från varandra. Osteo är latin för ben och medan poros kan översättas med porös betyder petros sten. Även om de olika typerna av osteopetros skiljer sig åt en del ser man vanligen en benförtjockning hos alla patienter. Om man tar lårbenet som exempel består det i normala fall av ett yttre lager av benvävnad som omger ett hålrum för att ge en optimal struktur som är tålig för belastning men också är tillräckligt lätt att bära upp. Inne i benhålan finns dessutom den livsnödvändiga benmärgen, vårt blodbildande organ som dagligen förser oss med miljontals blodceller. Ben är en rigid vävnad men trots detta under ständig omvandling. Det pågår hela tiden nedbrytning och uppbyggnad på miljontals ställen i skelettet och de främsta aktörena i denna process är de benuppbyggande ostoblasterna och de bennedbrytande osteoklasterna. En obalans i denna process på grund av icke funktionella osteoklaster orsakar osteopetros. Osteoblasterna får fritt spelrum att bygga upp benet och till slut kommer benärgshålan att helt fyllas upp och tränga undan benmärgen.
Den form av osteopetros som är beskriven i denna avhandling (kallas malign osteopetros) är en mycket ovanlig ärftlig sjukdom som drabbar barn. Om de förblir obehandlade dör de inom ett fåtal år på grund av blodbrist och infektioner. Den enda behandling som ger permanent bot är benmärgstransplantation (BMT). Anledningen är att osteoklaster bildas från de blodbildande stamcellerna som även ger upphov till alla övriga blodceller (se figur 1). För att en transplantation ska lyckas krävs det att det finns en passande donator och då helst ett syskon, i annat fall är risken för komplikationer stor.
Ett alternativ till BMT skulle vara genterapi. Principen bakom genterapi är enkel. Den gen som är skadad ersätts med en normal fungerande gen och på så sätt kan ett funktionellt protein bildas och cellerna återfå sin normala funktion. Denna princip har utnyttjats i kampen mot en lång rad sjukdomar de senaste 20 åren men med måttlig framgång och i denna behandlingsform är fortfarande på det experimentiella stadiet. Under de senaste åren har dock behandlig av ett tjugotal barn med immundefekter varit framgångsrik.
I detta avhandlingsarbete har vi arbetat med en musmodell (oc/oc möss) av malign osteopetros med symptom som är snarlika de som osteopetrospatienter uppvisar. Efter transplantation av normal benmärg till nyfödda möss levde mössen långt över den vanliga livslängden på 3 veckor och röntgenundersökning och histologi visade normalisering av benstrukturen. För att behandla med genterapi används patientens egna blodstamceller som tas ut från kroppen och med hjälp av virus förs den nya genen in i cellerna. Cellerna transplanteras därefter tillbaka till mössen som i hälften av fallen överlevde. Undersökningar visade att osteoklaster återfick delvis sin funktion och benstrukturen normaliserades. Processen var dock något långsammare än normalt. Det första delarbetet involverar inte osteopetros utan är snarare en studie av virus som verktyg i genöverföringsprocessen till humana blodstamceller.
Framtida planer för projektet innefattar ett långsiktigt mål med behandling av osteopetrospatienter men innan vi kan avancera dit behöver förbättringar av effektivitet och säkerhet göras i djurmodellen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/548847
- author
- Askmyr, Maria LU
- supervisor
- opponent
-
- M.D., PhD Aiuti, Alessandro, San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy (HSR-TIGET), Milano, Italy
- organization
- publishing date
- 2007
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- keywords
- extracellular fluids, Haematology, oc/oc mice, osteoclast, hematopoietic stem cells, Hematologi, extracellulära vätskor
- pages
- 136 pages
- publisher
- Department of Molecular Medicine and Gene Therapy, Lund University
- defense location
- Segerfalksalen, BMC A, Sölvegatan 17 221 84 Lund
- defense date
- 2007-06-12 09:00:00
- ISBN
- 978-91-85559-85-5
- language
- English
- LU publication?
- yes
- additional info
- Thomas Relander, Maria Johansson, Karin Olsson, Yasuhiro Ikeda, Yasuhiro Takeuchi, Mary Collins and Johan Richter. 2005. Gene Transfer to Repopulating Human CD34+ Cells Using Amphotropic-, GALV-, or RD114-Pseudotyped HIV-1-Based Vectors from Stable Producer Cells. Molecular Therapy, vol 11 pp 452-9.Maria Johansson, Lina Jansson, Mats Ehinger, Anders Fasth, Stefan Karlsson and Johan Richter. 2006. Neonatal Hematopoietic Stem Cell Transplantation Cures oc/oc Mice From Osteopetrosis Experimental Hematology, vol 34 pp 242-9.Maria Johansson, Teun J. de Vries, Ton Schoenmaker, Mats Ehinger, Ann CM Brun, Anders Fasth, Stefan Karlsson, Vincent Everts and Johan Richter. 2007. Hematopoietic Stem Cell Targeted Neonatal Gene Therapy Reverses Lethally Progressive Osteopetrosis In oc/oc Mice Blood, vol 109 pp 5178-85.
- id
- 489feae6-4e69-406e-8bc7-88f1d78a82df (old id 548847)
- date added to LUP
- 2016-04-01 15:41:16
- date last changed
- 2018-11-21 20:35:47
@phdthesis{489feae6-4e69-406e-8bc7-88f1d78a82df,
abstract = {{The goal in this thesis is development of gene therapy for malignant infantile osteopetrosis (IMO), a rare but severe genetic bone disease. The concept of osteopetrosis implies dysfunction or lack of osteoclasts, the bone resorbing cells in our body, resulting in failure of normal bone breakdown. Although involved in bone remodeling, osteoclasts are of hematopoietic origin and may potentially be targeted by genetic modification of hematopoietic stem cells (HSCs). Recently, clinical progress within the field of gene therapy has been achieved for other monogenic diseases affecting the hematopoietic system thereby providing hope for future clinical application also for osteopetrosis. We have been working with a mouse model of IMO called the oc/oc mouse and have been able to correct the otherwise lethal osteopetrotic phenotype in theses animals by transplantation of normal bone marrow. In addition, we established optimal pre-transplantation irradiation dose, cell dose and onset of treatment. Further studies in the oc/oc mouse model involved gene therapy where oc/oc fetal liver derived HSCs were transduced with a retroviral vector and subsequently transplanted into oc/oc mice. In vitro studies of osteoclast function revealed a partial restoration of bone resorbing activity. The osteopetrotic phenotype was reversed and this resulted in long-term survival of transplanted mice. The present findings provide a first and significant step towards the development of gene therapy in patients with malignant osteopetrosis. To prepare for human gene therapy, we also investigated the ability of lentiviral vectors, produced by stable packaging cell lines, to transduce human CD34+ SCID repopulating cells.}},
author = {{Askmyr, Maria}},
isbn = {{978-91-85559-85-5}},
keywords = {{extracellular fluids; Haematology; oc/oc mice; osteoclast; hematopoietic stem cells; Hematologi; extracellulära vätskor}},
language = {{eng}},
publisher = {{Department of Molecular Medicine and Gene Therapy, Lund University}},
school = {{Lund University}},
title = {{Towards Gene Therapy of Osteopetrosis.}},
year = {{2007}},
}