16. SMA-Kongress der Families of SMA

Vom 21.-23. Juni 2012 fand der 16. alljährliche internationale Kongress der „Families of SMA“ (FSMA) in Bloomington, Minnesota statt. Anlässlich dieser Zusammenkunft konnten sich sowohl die betroffenen Familien als auch die mehr als 200 Wissenschaftler über den aktuellen Stand der SMA-Forschung sowie neueste Entwicklungen und Trends austauschen.

Im Folgenden sind die wichtigsten und aktuellsten Themen, die im wissenschaftlichen Teil der Tagung diskutiert und vorgestellt wurden, nach Schwerpunkten sortiert und zusammengefasst. Die Zusammenfassung beginnt mit Therapieentwicklungen in anderen, verwandten neurodegenerativen Erkrankungen wie ALS (Amyotrophe Lateralsklerose) und der Frage, welche Lehren daraus im Vergleich zu möglichen SMA-Therapien gezogen werden können. Im zweiten Abschnitt geht es um Möglichkeiten zur Regulation der SMN-Protein-Expression und deren therapeutische Auswirkungen. Ferner wurden neuere SMA-Tiermodelle weiter entwickelt. Der anschließende Abschnitt behandelt besonders die Frage, wann und wo im Motoneuron das SMN-Protein für die korrekte Funktion gebraucht wird. Der letzte Abschnitt thematisiert den Stand der Entwicklung potentieller Therapien sowie aktuelle Resultate laufender klinischer Studien.

 1. Welche Lehren kann man aus der Medikamentenentwicklung für Kinder und bei neurologischen Erkrankungen ziehen?

In dieser Vorlesungsreihe wurde die Möglichkeit der Medikamentenentwicklung am Beispiel verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen, unter anderem SMA und ALS, erörtert. Die erfolgreiche Markteinführung von Medikamenten und Therapien am Beispiel der ALS kann beispielhaft für die nötigen Grundvoraussetzungen für die Etablierung ähnlicher, erfolgversprechender SMA‑Therapien sein.  Unter anderem sind die Bestimmung von Biomarkern, das Studiendesign und die komplexe Auswertung früher klinischer Studien für die Medikamententwicklung wichtig.

Klinische Studien bei Muskeldystrophie zeigten, dass sowohl ein Training mit Gewichten, elektrische Stimulationen von Muskeln, als auch eine Steroid-Therapie keine Verbesserungen in der Muskelfunktion bei diesen Patienten bewirkte. Dieser Bereich erfordert ähnlich wie in der SMA-Forschung die Entwicklung von neuen Therapieansätzen wie beispielsweise der Gentherapie.

Jerry Mendell (Ohio State University, USA) aus dem Bereich der Behandlung von Muskeldystrophie ging näher auf die Frage vieler Patienten und Angehöriger ein, warum es so lange dauert, bis die Gentherapie in klinischen Studien getestet werden kann.

Vorklinische Studien erfordern erhebliche Zeit, da bereits in diesem Stadium der Forschung die Wirksamkeit des Behandlungskonzeptes an Tieren klar bewiesen werden muss. Selbst wenn in Experimenten mit Mäusen bereits positive Effekte erzielt werden, ist es notwendig vor einer Studie am Menschen noch ein weiteres Tiermodell (z.B. Affen) zu untersuchen, das dem Menschen ähnlicher ist. In einem solchen Tierversuch könnte eine klinische Studie deutlich besser simuliert werden. Von besonderem Interesse bei diesen vorklinischen Studien sind solche Ergebnisse, die klinisch relevant sind, das heißt, das eine tatsächliche positive Auswirkung auf das Leben des Patienten erreicht wird. Allein eine Erhöhung der Muskelstärke oder des Muskeldurchmessers geben wenig Auskunft über die Muskelfunktion. In späteren klinischen Studien am Menschen ist eine verbesserte Muskelfunktion das Ziel der Therapie. Eine umfangreiche und damit langwierige vorklinische Studie ist notwendig, um klinische Studien schon im Vorfeld besser einschätzen zu können und unwirksame Behandlungen frühzeitig auszuschließen. Außerdem müssen Nebenwirkungen weitestgehend ausgeschlossen werden. Besonders die Gentherapie birgt neben möglichen positiven Effekten auf den Krankheitsverlauf auch große Risiken, die im Tierversuch umfassend und eindeutig untersucht werden müssen.

Generell ist die Bestimmung verlässlicher Biomarker wichtig für die Medikamentenentwicklung bei neurodegenerativen Erkrankungen. Bei ALS und SMA, bei denen der neuromuskuläre Trakt massiv beeinträchtigt wird, ist die Anzahl der sogenannten Motoreinheiten (1 α‑Motoneuron + sämtliche innervierten Muskelfasern) ein solcher Biomarker. Mittels verschiedener Methoden, die vornehmlich elektrische Stimulation beinhalten, kann die Anzahl der Motoreinheiten bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Methode kann der Schweregrad bzw. das Fortschreiten der Erkrankung eingeschätzt werden. Hier wurden von Prof. Jeremy Shefner (Upstate University, New York) neue, verbesserte Messmethoden vorgestellt.

Im Gegensatz zu SMA ist bei ALS mit Riluzol bereits ein zugelassenes Medikament (Handelsname Rilutek) auf dem Markt. Die Lebensverlängerung beträgt bis zu 3 Monaten, es hat jedoch keinen positiven Effekt auf die Muskelfunktionen. Riluzol ist das einzig erhältliche Medikament.

Mit Dexpramipexol wird augenblicklich ein neuer Wirkstoff für ALS in klinischen Studien getestet, wie Douglas Kerr (Biogen Idec, USA) vorstellte. Die Substanz ist ein gut verträglicher, zellgängiger Dopaminagonist (stimuliert Dopaminrezeptoren), der dosisabhängig einen positiven Effekt aufweist. Trotz dieser positiven Resultate ist die Nachfolgestudie auf Anfang 2013 verschoben worden. Obwohl der Erfolg von Dexpramipexol offensichtlich nachweisbar ist, gestaltet sich der Prozess einer Medikamenteneinführung sehr langwierig. Dies muss auch im Hinblick auf potentielle SMA‑Medikamente bedacht werden. Bei jedem neuen Medikament ist eine sorgfältige, vorherige Überprüfung auf Toxizität, Verträglichkeit, Aufnahmefähigkeit und Wirkung wichtig.

2. Die Bedeutung der Regulation der SMN-Protein-Expression, neue SMA-Tiermodelle

Eine Strategie zur Behandlung von SMA ist die vermehrte Produktion von SMN-Protein in Patientenzellen durch eine Erhöhung der Produktion von funktionaler SMN-mRNA (Boten-RNA, die derjenigen vom SMN1-Gen entspricht) durch das SMN2-Gen.

Eine Möglichkeit hierzu könnten Antisense-Oligonukleotide (ASOs) sein. Es handelt sich hierbei um kleine RNA-Fragmente, die das Spleißen von prä-mRNA beeinflussen können. Die Arbeitsgruppe um Natalia Singh (Iowa State University, USA) untersucht diese „Spleiß-Regulatoren“. ASO (L14) erhöhte das Spleißen (Ausschneiden) des Exons 7 der prä-mRNA vom SMN2-Gen, was dazu führt, dass kein vollständiges SMN-Protein gebildet werden kann. ASO (F14) dagegen hatte den gegenteiligen Effekt und verringerte das fehlerhafte Spleißen.

Faraz Farooq (University of Ottawa, Canada) stellte den Blut-Hirn-Schranken-gängigen Arzneistoff Celecoxib als möglichen therapeutischen Wirkstoff für SMA vor. Dieser soll über die Aktivierung des p38-Signalweges in Nervenzellen der Maus, sowie des Menschen zu einer Stabilisierung der SMN-mRNA und zu einer Erhöhung des SMN-Proteinlevels führen. In einem Mausmodell für SMA konnte so die Motorik und das Überleben der Mäuse verbessert werden.

Kentaro Sahashi (Cold Spring Harbor Laboratory, New York) verwendet Antisense-Oligonukleotide, um das fehlerhafte Spleißen in erwachsenen SMA Typ III-Mäusen zu verstärken. Hierdurch konnten verstärkte Symptome einer SMA hervorgerufen werden.

Sandra Duque (Ohio State University, USA) berichtete von einem neuen SMA-Krankheitsmodell im Schwein. Hierbei wurden virale Vektoren verwendet, um eine shRNA in die Zellen zu bringen, die zu einer Herunterregulation des SMN-Proteins führt. Die Ähnlichkeit des Gefäß- und des Nervensystems des Schweins mit dem des Menschen könnte es ermöglichen, mehr Rückschlüsse auf den Krankheitsverlauf in SMA zu ziehen. In der Folge sollen wiederum virale Vektoren genutzt werden, um in diesem Modell menschliches SMN-Protein zu erzeugen und den Krankheitsverlauf im Schwein zu beeinflussen.

Das Poster von Cathleen Lutz’ (Jackson Laboratory, USA) wurde für einen kurzen Podiumsvortrag ausgewählt. Lutz wies auf die Wichtigkeit eines SMA‑Mausmodells hin, das eine mittelschwere Ausprägung von SMA zeigt. Diese sogenannte „Burgheron-Maus“ lebt länger als Δ7SMA-Mäuse, jedoch kürzer als andere milde Mausmodelle (45 Tage durchschnittlich). In diesem mittelschwer betroffenen Mausmodell steht aufgrund des langsameren Krankheitsverlaufs ein größeres Zeitfenster zur Untersuchung der SMA-Pathogenese oder des therapeutischen Effektes von Medikamenten zur Verfügung. Dies ist wichtig, um die milderen humanen SMA‑Typen korrekt im Tiermodell abzubilden.

3. Über die besondere Funktion von SMN im Neuron

Warum zu geringe Mengen eines in allen Zellen des Körpers produzierten Proteins wie SMN in Motoneuronen selektiv zu deren Untergang führen, ist weiterhin Anlass zur Debatte. Als Bestandteil der Spliceosom-Maschinerie ist SMN an der Entstehung von Boten-RNAs (mRNAs) beteiligt. Des Weiteren erfüllt SMN in Neuronen spezifische Aufgaben. Zum Beispiel bindet das SMN-Protein die mRNA von β-actin, einem wichtigen zellulären Strukturprotein, und sorgt für dessen Transport an die Neuronenspitze entlang des Axons (Fallini et al, Brain Res, 2012).

In den diesjährigen Vorträgen zu diesem Thema wurden weitere, interessante Aspekte der SMN-Funktionen vorgestellt: In Neuronen dient SMN als Anlagerungsstelle für spezielle mRNA-Bindeproteine, welche ihrerseits die Expressionsrate bestimmter, für das Motoneuron wichtiger Proteine regulieren. Die Arbeitsgruppe um Jocelyn Côté (University of Ottawa, Kanada) zeigte nun, dass SMN diese Rolle als Translationsregulator (Regler für die von mRNAs ausgehende Proteinbiosynthese) für einen wichtigen Faktor in Motoneuronen ausübt, nämlich CARM1. CARM1 sorgt dafür, dass Motoneuronen während der Entwicklung im Körper von der Wachstums- in die Reifungsphase übertreten. Ohne eine ausreichende Menge SMN ist die CARM1-Menge erhöht, sodass keine vernünftige motoneuronale Reifung stattfinden kann. Dies wäre eine mögliche Erklärung für die geringe Anzahl an Motoneuronen in SMA‑Patienten.

Außerdem wurden aktuelle Ergebnisse zum Einfluss von SMN auf den Vesikelverkehr vorgestellt. Via Vesikel (kleine Zellkompartimente) werden vom Zellkern ausgehend Rezeptoren und Proteine zur Zelloberfläche transportiert. Ein Neuron muss für eine korrekte Funktion eine charakteristische Oberflächenstruktur aufweisen. Sara Custer (Indiana University School of Medicine, USA) entdeckte nun, dass SMN bestimmte Vesikel-Transportproteine bindet (α-COP). Ein Verlust von SMN führt in Neuronen zu einem gestörten Vesikelverkehr, woraufhin Neurone unzureichende Auswüchse (Neuriten) ausbilden. Offenbar erfüllt SMN neuronen-spezifische Funktionen hinsichtlich der Prozessierung, des Transports und der Regulation von mRNAs. Neue Erkenntnisse in diesem Feld zeichnen ein exakteres Bild über die Pathogenese (Ursachen der Krankheit) von SMA und ermöglichen eventuell neue Ansatzpunkte für Therapien.

Nach PLS3 (Plastin 3) stellte Markus Rießland von der Arbeitsgruppe von Brunhilde Wirth (Universität zu Köln, Deutschland) ein neues krankheitsmodifizierendes Protein vor. Der noch nicht namentlich kenntlich gemachte Faktor Modifier2 weist eine protektive Funktion auf, wie sich in sogenannten „diskordanten Familien“ sehen lässt. In solchen Familien sind einige Mitglieder von SMA betroffen, andere hingegen nicht, obwohl die Familienmitglieder die gleichen Erbanlagen in Bezug auf SMA besitzen. Weitreichende genomische Analysen solcher Familien führten zur Identifizierung des Modifier2. Markus Rießland wies im Zellmodell wie auch im Zebrafischmodell nach, dass eine Reduktion von Modifier2 Wachstum und Verzweigung der Motoneuronen fördert und den SMA-Phänotyp verkürzter Neurone aufhebt.

Hao Le aus Christine Beatties Arbeitsgruppe (Ohio State University, USA) zeigte anhand ihrer Experimente, wie wichtig eine frühe SMN-Expression für den Krankheitsverlauf ist. In Zebrafisch-SMA-Mutanten ist das Studium der Auswirkungen der geringen Smn-Menge zu frühen Entwicklungspunkten schwierig, da den Fischembryonen viel mütterliches Smn‑Protein über das Ei zur Verfügung steht. Dieses maternale SMN kaschiert mögliche schädliche Effekte in der SMA-Mutante. Le generierte nun ein Fischmodell, in dem sie durch einen Hitzeschock das maternale SMN entfernen konnte. Ihre Studien zeigten, dass SMN in der Tat bereits während der Frühentwicklung der Motoneurone im Fisch von eminenter Bedeutung ist.

Der gestörte Kontakt zwischen Motoneuronsynapse und Muskel (NMJ = neuro-muscular junction) stellt einen entscheidenden Aspekt im Krankheitsbild der SMA dar. Dabei sind der exakte Mechanismus sowie das Prinzip von Ursache und Wirkung noch nicht völlig bekannt. Lingling Kong aus Charlotte Sumners Arbeitsgruppe (John Hopkins University, USA) wandte sich daher der Frage zu, ob der Untergang der NMJs im Mausmodell seitens des Nervs, des Muskels oder beidseits ausgelöst wird. Für diesen Zweck generierte Kong transgene Mäuse, in denen sie mittels bestimmter Promotoren gewebsspezifisch die SMN‑Expression aktivieren kann (ChAT für Motoneurone, MyoD und Myf5 für Skelettmuskeln). Wenn SMN in den jeweiligen Geweben exprimiert wurde, konnte eine mäßige Verbesserung hinsichtlich Überlebensrate, Gewicht und Bewegungsfunktion festgestellt werden. Die NMJ-Struktur wurde vollständig nur wiederhergestellt, wenn SMN in Motoneuronen exprimiert wurde. Bei der muskel-spezifischen Expression erfolgte eine geringe bis keine Restrukturierung der NMJs. Kong schloss daraus, dass vor allem die SMN‑Expression auf präsynaptischer Seite (d.h. im Motoneuron) für eine Wiederherstellung der NMJ-Funktion wichtig ist. Trotzdem muss bedacht werden, dass bei einer möglichen Therapie die SMN-Defizienz sowohl Motoneuron als auch Muskel behoben werden muss.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgte die Arbeitsgruppe Arthur Burghes’ (Ohio State University, USA). Vicki McGovern kreuzte ebenfalls mehrere Δ7SMA-Mauslinien, in denen gewebsspezifisch die SMN-Expression an- und ausgeschaltet werden kann. Die Mäuse besitzen eine geringe SMN-Menge durch das eingekreuzte humane SMN2-Transgen. Wird in Muskeln die SMN-Synthese unterbrochen, beeinträchtigt dies die Überlebensrate nicht (<200 Tage durchschnittlich). Die geringe SMN‑Menge aus dem humanen SMN2 reicht für das Muskelüberleben aus. Sobald jedoch SMN nicht mehr in Motoneuronen exprimiert wird, verkürzt sich die Lebensdauer rapide (10 Tage). Sofern SMN in allen übrigen Neuronen außer Motoneuronen nicht mehr produziert wird, ist der Abfall der Überlebensrate deutlich, allerdings nicht so drastisch wie beim Motoneuron‑spezifischen SMN-Entzug (22 Tage). Eine Δ7SMA-Maus, in der jedem Gewebe SMN fehlt, überlebt lediglich 14 Tage. McGovern zeigte somit, dass eine hohe SMN-Expression nicht nur in Motoneuronen entscheidend ist, sondern auch im übrigen neuronalen Netz. Therapeutische Pläne zur genetischen Korrektur müssen diesen Umstand einkalkulieren.

Lyndsay Murray aus Rashmi Kotharys Labor (University of Ottawa, Kanada) präsentierte in ihren Untersuchungen die Bedeutung von SMN bei der Aufrechterhaltung der NMJ-Funktion in Mäusen. Während das axonale Auswachsen und Pathfinding (d.h. das gerichtete Wachstum zum Zielmuskel) in SMA-Mäusen offenbar nicht beeinträchtigt ist, wird die ausgebildete NMJ im Krankheitsverlauf in ihrer Struktur zerstört. Murray zeigte, dass dieser Prozess auf einer unzureichenden Restrukturierungsfähigkeit der NMJ beruht. Das bedeutet, dass die NMJ nicht imstande ist, die fortschreitende Zerstörung ihrer Struktur zu kompensieren und zu reparieren, wie es gesunde NMJs vermögen. Ferner richtete Murray den Fokus auf die Beteiligung weiterer strukturgebender Zellen an NMJs, zum Beispiel terminale Schwann-Zellen, die den Synapsenkontakt zwischen Motoneuron und Muskel umhüllen. Der SMN-Defekt wirkt sich offenbar nicht bei der embryonalen Entwicklung pathologisch aus, sondern insbesondere bei der strukturellen Instandhaltung der gesamten NMJs und aller umliegenden Zellen im erwachsenen Tier.

Eine mögliche Beteiligung nicht-neuronaler Zellen griff Hans Rindt von Chris Lorsons Arbeitsgruppe (University of Missouri, USA) ebenfalls auf. In diesem Fall wurde mittels spezifischer Vektoren (Überträger) in Δ7SMA-Mäusen SMN in Astrocyten (Nähr- & Stützzellen des ZNS) und Microglia-Zellen (Immunzellen des ZNS) exprimiert. Das Vorhandensein von SMN in diesen beiden Zellpopulationen führte zu einer moderaten Verbesserung des SMA‑Phänotyps in jenen Mäusen. Trotzdem unterstreichen die Resultate die Bedeutung der Analyse weiterer Zelltypen neben Motoneuronen.

Zunehmend kristallisiert sich die Erkenntnis heraus, dass SMA eine systemische Erkrankung darstellt, die im Verlust der Motoneuronen und Muskeln ihren Hauptphänotyp zeigt, weitere Zelltypen und Gewebe jedoch an der Pathogenese entscheidend beteiligt sind.

4. Neue Therapiemöglichkeiten und laufende klinische Studien

Aga Lewelt (University of Utah, USA) berichtete von einer Studie, in der die Umsetzbarkeit, Sicherheit und Verträglichkeit von Krafttrainingsübungen (PST) bei Kindern mit SMA Typ II und III im Alter von 5 bis 21 Jahren getestet wurde. Dieses 12-wöchige, überwachte Programm mit drei Trainingseinheiten pro Woche, fand bei den jeweiligen Kindern zuhause statt. Eine Studie über vergleichbares Krafttraining wurde auch schon bei Erwachsenen erfolgreich getestet. Die Trainingseinheiten für Kinder zeigten sich als umsetzbar, sicher und verträglich. Es wurde zusätzlich eine Steigerung der verwendeten Gewichte innerhalb der 12 Wochen beobachtet. Damit scheint dieses Trainingsprogramm neben Erwachsenen auch für Kinder geeignet zu sein.

David Jacoby (Repligen Corporation, USA) stellte eine Phase I-Studie zum Wirkstoff RG3039 (Quinazolin) vor. Es handelt sich hierbei um einen Hemmstoff des Enzyms DcpS, welches in der Zelle Modifikationen an mRNA vornimmt (Abbau der mRNA). In SMA Modellen wurde zuvor die Aktivität dieses Enzyms nachgewiesen. Der Wirkstoff soll in den Zellen der Patienten an DcpS binden und das Enzym in seiner Aktivität hemmen und so den Abbau der mRNA verlangsamen. Verschiedene Dosierungen des Wirkstoffes (0,1, 0,3, 1,0 und 3,0 mg/kg) wurden einmalig unterschiedlichen, gesunden Probanden oral verabreicht, Anschließend wurden deren einkernige Blutzellen, beispielsweise Lymphozyten und Monozyten, in Blutproben untersucht. Es wurde deutlich, dass der Wirkstoff sein Ziel-Enzym (DcpS) erfolgreich in diesen Zellen ab einer minimalen Konzentration von 0.3 mg/kg hemmt. RG3039 zeigte eine Halbwertszeit zwischen 42,3 und 59,3 Stunden. Der Wirkstoff wurde bei verschiedenen Personen unterschiedlich schnell abgebaut, einige Personen sind nicht in der Lage, RG3039 zu metabolisieren (verstoffwechseln). Es ist allerdings möglich Menschen darauf zu testen. Der Wirkstoff stellte sich als sicher und gut verträglich heraus, wobei die getestete Dosis von 3,0 mg/kg zehnmal so hoch war wie die für den Effekt benötigte Menge von 0,3 mg/kg. Als nächstes ist eine Studie geplant, in der gesunden Probanden in einigem Zeitabstand mehrmals der Wirkstoff verabreicht wird.

Der Wirkstoff RG3039, der bereits in Phase I-Studien an gesunden Freiwilligen getestet wurde, (siehe oben) wurde in Δ7SMA-Mäusen auf seine mögliche Wirksamkeit, besonders in Bezug auf die Effekte am Kontakt zwischen Motoneuronsynapse und Muskel (NMJ) untersucht, Chien-Ping Ko (University of Southern California, Los Angeles). Unter der Behandlung mit RG3039 erhöhte sich zum einen der Mittelwert des Überlebens dieser Mäuse um 26%, das maximale Körpergewicht um 16%.Außerdem wurden Verbesserungen in der Motorik festgestellt. Zum anderen wurden im zentralen wie im peripheren Nervensystem Verbesserungen in der Pathologie der Nervenzellkontakte (Synapsen) festgestellt. Im peripheren Nervensystem erhöhte sich zudem die Anzahl intakter NMJs. Auch die Weiterleitung von elektrischen Impulsen von Nerven in Muskeln wurde verbessert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass RG3039 durch eine Abmilderung der Schädigungen von Nervenzellkontakten eine Abschwächung des Krankheitsverlaufes von SMA bewirken könnte. Ferner könnte die Untersuchung der Kontakte zwischen Motoneuronsynapse und Muskel einen sensitiven Indikator für die therapeutische Wirksamkeit von neuen Arzneimitteln in Δ7SMA-Mäusen darstellen.

Die Ergebnisse einer klinischen Studie der Phase II zur Wirkung von Valproinsäure und L-Carnitin wurden von Kathryn Swoboda (University of Utah, USA) vorgestellt. Valproinsäure (VPA), die zur Therapie von Epilepsie verwendet wird und L-Carnitin, welches als Nahrungsergänzungsmittel im Ausdauersport zum Einsatz kommt, wurden in dieser Studie in einem Zeitraum von 6-12 Monaten an Kleinkindern im Alter von 2 Wochen bis 12 Monaten mit SMA Typ I getestet. Es wurden neue Erkenntnisse erwartet über die Durchführbarkeit einer Studie an solch jungen, schwer erkrankten Kindern sowie eine Beurteilung der Häufigkeit und des Schweregrads von negativen Ereignissen während einer Behandlung mit Valproinsäure. Die mögliche Wirksamkeit von VPA in Kleinkindern mit spinaler Muskelatrophie und die Auswahl von möglichen Endpunkten (wichtig für die statistische Analyse und die Teilnehmerzahl) für zukünftige Studien mit Valproinsäure oder anderen Substanzen, waren weitere Ziele der Studie. Zur Beurteilung der Motorik der Kinder wurde der TIMPSI (Test of Infant Motor Performance Screening Inventory) verwendet. Im Verlauf der Studie füllten die Pflegepersonen Fragebögen zur Ermittlung des Allgemeinzustands der Kinder aus. Außerdem wurde die Menge an SMN mRNA bestimmt, ebenso wie die elektrische Muskel-Aktivität (CMAP) am Nervus ulnaris im Arm. Als Endpunkt der Studie wurden der Tod oder die Beatmung des Patienten über mehr als 16 Stunden täglich festgesetzt. Die Durchführbarkeit einer solchen Studie mit Kleinkindern mit SMA Typ I konnte hier zwar gezeigt werden, Valproinsäure zeigte jedoch keinerlei positive Effekte bei der Behandlung der SMA. Die hier verwendeten Endpunkte der Studie, also der Tod oder die Beatmungsabhängigkeit des Patienten, könnten möglicherweise in späteren Studien benutzt werden, da sie messbare Hinweise auf das Fortschreiten der Erkrankung innerhalb eines kurzen Zeitraumes geben. Es wurde deutlich, dass eine Diagnose von SMA vor Ausbruch der Erkrankung den möglichen Erfolg späterer Studien steigern und das Risiko von negativen Ereignissen verringern könnte.

Eine zweite Studie zu Valproinsäure in Erwachsenen mit SMA, über den Zeitraum von einem Jahr, endete ähnlich wie die Studie an Kleinkindern. Auch bei Erwachsenen wurde der Wirkstoff zwar gut vertragen, doch konnten weder die Motorik, noch die Menge an SMN2 mRNA oder SMN-Protein gesteigert werden. Valproinsäure hat sich damit als möglicher Wirkstoff, der das Spleißverhalten der prä-mRNA vom SMN2-Gen verändert, nicht bewährt und kann als Wirkstoff für eine SMA-Therapie ausgeschlossen werden.

In einer Phase II-Studie wurde die Verträglichkeit und Wirksamkeit von Salbutamol über 12 Monate getestet und die Ergebnisse von Francesco Danilo Tiziano (Catholic University of Rome, Italien) vorgestellt. Salbutamol ist ein Wirkstoff der bei Asthma bronchiale und chronischer Bronchitis verwendet wird. Salbutamol stimuliert β₂-Adrenorezeptoren und imitiert damit die Wirkung von Adrenalin und Noradrenalin an diesen Rezeptoren. 45 erwachsene SMA Typ III-Patienten im Alter von 18 bis 55 Jahren wurden in zwei Gruppen aufgeteilt und nahmen Salbutamol oder identisch aussehende Placebo-Tabletten ein. Sowohl die Motorik als auch die SMN2 mRNA und SMN-Protein-Mengen wurden nach drei, sechs und zwölf Monaten gemessen. Bei allen mit Salbutamol behandelten Patienten wurde eine Zunahme der SMN2 mRNA gemessen, wobei sie bei den Placebo-Patienten gleich blieben. Die Mengen an SMN-Protein in beiden Gruppen waren jedoch sehr variabel, so dass kein eindeutiger Unterschied festgestellt werden konnte. Auch die Motorik wurde bei den meisten Patienten in der Salbutamol-Gruppe in verschiedenen klinisch aussagekräftigen Tests verbessert, wobei in der Placebogruppe keine Veränderungen festgestellt wurden. Allerdings konnte keinerlei Zusammenhang zwischen der Menge an SMN2 fl-mRNA (vom SMN2-Gen hergestellter voll funktionaler mRNA) und der Veränderung in der Motorik der Patienten beobachtet werden. Die Begrenzungen dieser Studie lagen einerseits in der geringen Anzahl an teilnehmenden Patienten, und andererseits in der relativ kurzen Therapie-Zeit, gemessen an der langen Zeit der Erkrankung. Eine Einschränkung entsteht durch die üblicherweise auftretenden Komplikationen  wie Skoliose und Kontrakturen, die möglicherweise den klinischen Erfolg der Behandlung beeinträchtigten.

Ein weiteres Thema war die Verwendung pluripotenter Stammzellen (PSCs) als mögliche Therapieoption (Stammzelltransplantation), dabei handelt es sich um Zellen, die mit entwicklungsbiologisch frühen, embryonalen Zellen vergleichbar sind. Dabei werden die pluripotenten Stammzellen entweder direkt in das Rückenmark injiziert oder vorher zu neuralen Stammzellen (NSCs) vordifferenziert. Der positive Effekt, der dabei beobachtet werden konnte, ist jedoch nicht auf die Ausbildung neuer Motoneurone zurückzuführen. Stattdessen entwickeln sich die NSCs in gliale Zellen oder Neurone, welche neurotrophe Faktoren sekretieren, also Substanzen, die die noch im Patienten existierenden Motoneurone vor einem weiteren Absterben schützen.

Stammzelltherapien bieten theoretisch ein großes Potential für eine auf den einzelnen Patienten persönlich zugeschnittene Therapie (personalisierter Therapie). Einschränkend muss man jedoch auf die praktischen Schwierigkeiten hinweisen: Die Injektion fremder Zellen ruft eine Immunantwort im Patienten hervor. Ferner bergen PSCs das Risiko, unkontrolliert zu wachsen und Tumore auszubilden. Die förderlichen Effekte der Stammzelltherapie sind lediglich bestandserhaltend, da keine Neubildung von Motoneuronen im Mausmodell nachgewiesen werden konnte.

Monica Siegenthaler (California Stem Cell Inc, USA) zeigte in ihrem Vortrag den therapeutischen Effekt der Transplantation humaner, motoneuronaler Vorläuferzellen (hMNPs) in Δ7SMA-Mäusen, ALS-Mäusen und Ratten mit Rückenmarksläsion. Die Firma hat ein Protokoll entwickelt, mit hoher Effizienz hMNPs aus embryonalen Stammzellen zu gewinnen. Die transplantierten Zellen führten in behandelten Tieren zu einer verbesserten Muskel- und Atemfunktion sowie einer Bewahrung der Muskel- und NMJ‑Struktur, allerdings nur in dem Bereich, in den die Zellen transplantiert wurden.

Ähnliche Resultate konnte die Gruppe um Stefania Corti (Universität von Mailand, Italien) bereits in mehreren Publikationen zeigen. Auf der Konferenz präsentierte Corti, wie genetisch korrigierte Motoneuronen nach Transplantation das Krankheitsbild in SMA-Mäusen entscheidend verbessern. Für diesen Zweck wurden einem SMA-Patienten Hautzellen entnommen und mittels einer Reprogrammierungstechnik in induziert pluripotente Stammzellen (iPSCs) umgewandelt. In diesen SMA-iPSCs wurde eine genetische Korrektur vorgenommen, indem die vorhandene SMN2-Kopie in eine SMN1‑Kopie umgewandelt wurde, wodurch ausreichend intaktes SMN-Protein gebildet wird. Auf diese Weise genetisch korrigierte iPSCs wurden in Motoneurone weiterentwickelt, welche sich phänotypisch nicht von Motoneuronen gesunder Kontrollpersonen unterschieden. Werden solche genetisch korrigierten Motoneurone in das Rückenmark von SMA-Mäusen injiziert, führt ihre Präsenz zu einer deutlichen Verlängerung der Lebensspanne der Tiere. Unbehandelte Mäuse oder welche, denen SMA-Motoneuronen transplantiert wurden, zeigen dagegen den typischen SMA-Phänotyp.

Jonathan Cherry aus Elliot Androphys Labor (University of Massachusetts Medical School, USA) vervollständigte in seinem Vortrag die Ergebnisse über die Wirksamkeitsstudie zweier neuer Substanzen, die im Zellmodell (SMA-Hautzellen) wie auch im Δ7SMA-Mausmodell zu einer erhöhten SMN-Expressionsrate führten. In einer größer angelegten Studie mit Δ7SMA-Mäusen konnte nun nachgewiesen werden, dass die tägliche Injektion dieser beiden Substanzen (LDN75654 bzw. LDN76070) die Überlebensrate der Tiere nahezu verdoppelt. Ferner steigt im Hirn und Rückenmark der behandelten Tiere die SMN-Menge auf 75% der Menge gesunder, wildtypischer Vergleichstiere an. Die Resultate weisen darauf hin, dass beide Substanzen die Blut-Hirn-Schranke passieren, eine Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches SMA-Medikament. Obwohl die vorläufigen Ergebnisse sehr vielversprechend erscheinen, müssen die Forscher in folgenden Studien die Verträglichkeit, den Wirkprozess sowie die Auswirkungen auf die Motorfunktion im Mausmodell untersuchen.

Nikolai Naryshkin (PTC Therapeutics, USA) und Friedrich Metzger (F. Hoffmann-La Roche AG, Schweiz) schilderten die Optimierung neuer Verfahren in Zellkultur- und Tierversuchen zur Identifizierung und Entwicklung von kleinen chemischen Verbindungen, die das alternative Spleißen von SMN2 mRNA korrigieren sollen. Es wurden kleine Moleküle gefunden, die sowohl in Zellen von SMA-Patienten als auch in SMA-Mausmodellen das Ausschneiden des Exons 7 bei SMN vermindern und die Menge an SMN-Proteinen anheben konnten. Es konnte selbst dann eine Wirksamkeit nachgewiesen werden, wenn diese kleinen chemischen Verbindungen erst eingesetzt wurden, nachdem der Krankheitsverlauf bereits begonnen hatte. In Δ7SMA-Mäusen wurde bei Behandlung mit diesen Molekülen eine Erhöhung der Anzahl intakter Motoneurone und NMJs beobachtet. Es wurden positive Effekte auf das Überleben, die Motorik und das Gewicht der verwendeten Mäuse gefunden. Die wirksamsten chemischen Verbindungen dieser Testreihe sollen in der Folge weiter charakterisiert und chemisch optimiert werden, um Kandidaten für vorklinische und klinische Studien zu gewinnen.

Ein weiterer Therapieansatz ist der direkte Gentransfer zum Transport des SMN-Gens in Patientenzellen unter Verwendung eines speziellen Virus, des scAAV9 (self-complementary adeno-associated virus, serotype 9).

Martine Barkats (Institute of Myology, Paris) erläuterte, dass bereits eine einmalige Injektion des Virus in einen Muskel des Hinterlaufes von Mäusen zu einer Verteilung des Virus über Motoneurone und Astrozyten im gesamten Rückenmark führte. Die verwendeten viralen Vektoren scheinen durch die Axone der Nervenzellen in das Rückenmark zu gelangen, sich gleichzeitig im Muskel weiter auszubreiten und schließlich in den Blutkreislauf zu gelangen. Die einmalige Injektion des scAAV9-SMN in einen Extremitätenmuskel führte zu einer erhöhten Lebenserwartung der verwendeten SMA-Mäuse. Ein optimierter Virus scAAV9-SMNopti wurde in neugeborenen Δ7SMA-Mäusen entweder in den Blutkreislauf oder direkt ins Gehirn injiziert. Beide Injektionen führten zu erhöhter Lebenserwartung, wobei die Injektion ins Gehirn deutlich bessere Resultate erzielte, als die Injektion in eine Vene. Ein weiterer Test in Mäusen zeigte, dass ein Virus mit einem Fluoreszenzfarbstoff (GFP) nach Injektion ins Gehirn sowohl im gesamten Rückenmark, als auch in anderen Organen wie dem Herz und der Leber gefunden wurde. Diese Versuche legen die Vermutung nahe, dass der verwendete Virus eventuell die Blut-Hirn-Schranke passieren kann und dass die Injektion ins Nervensystem, ebenso wie in Nicht-Nervengewebe zur Behandlung bei SMA in Frage kommen könnte.

Marco A. Passini (Genzyme, USA) beschrieb eine laufende Studie in der scAAV9-SMN in den Liquorraum (Flüssigkeitsraum) unterhalb der Hirnhaut (Dura mater) injiziert wird. Hierbei soll der minimale Prozentsatz an transduzierten (vom Gentransfer erreichten) Rückenmarks-Motoneuronen ermittelt werden, der für die Wirksamkeit des Virus in SMA-Mäusen ausreicht. Darüber hinaus wird überprüft, ob diese Transduktionsrate über eine Injektion in den Liquorraum von großen Tiermodellen erreicht werden kann. Bereits eine Transduktion von 10-30%  der Motoneurone der Maus reichte aus, um die Motorik und das Überleben der SMA-Mäuse zu verbessern. In Schweinen ist die Größe und Anatomie des Rückenmarks ähnlich wie die des Menschen. Injektionen des Virus mit einem Fluoreszenzfarbstoff (GFP) in den Liquorraum junger Schweine zeigte bereits Transduktionsraten in Motoneuronen von 10-60%. Diese Methode würde verhältnismäßig niedrige Virusmengen erfordern und damit die Möglichkeit einer Immunantwort des Körpers reduzieren.

Brian Kaspar (Ohio State University, USA) berichtete von einer Studie in der in Mäusen und nicht humanen Primaten 6 Monate nach Injektion von scAAV9-SMN keinerlei Gewebeschäden gefunden wurden, selbst bei hohen Mengen des Virus, die möglicherweise die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Vorläufige Daten deuten auf eine Wirksamkeit des Virus nach Injektionen in die Zerebrospinalflüssigkeit (Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit) von SMA-Tieren hin. Verringerte Virusmengen könnten die Verteilung des Virus auf andere Organe verhindert.

Dipl.-Biochem. Benjamin Förthmann (1) & Dipl.-Biol. Ludwig Heesen (2)
(1) Institut für Neuroanatomie, Medizinische Hochschule Hannover
(2) Institut für Humangenetik, Universität zu Köln