Simpósio Internacional Relações Médico-Científicas entre Brasil e Alemanha

Agenda Fiocruz - Março 2011 21/03 a 26/03

SEGUNDA-FEIRA: 21/3

I Seminário sobre gestão e curadoria de coleções zoológicas da Fiocruz.
Inscrições de 2 a 11/3: 25 vagas.
Horário: 8h15
Local: auditório Emmanuel Dias / Pavilhão Arthur Neiva / IOC
O evento ocorre até o dia 25/3.

Defesa de dissertação de mestrado profissionalizante em saúde pública na Ensp: Diagnóstico situacional das doenças relacionadas ao trabalho em profissionais de enfermagem do Hospital de Base Dr. Ary Pinheiro/Porto Velho. Por Tatiana Tomoe Do Martins. Orientadora: Rejane Corrêa Marques.
Horário: 9h
Local: sala de aula da Unir

TERÇA-FEIRA: 22/3

Defesa de dissertação de mestrado em saúde pública na Ensp: Estudo sobre o processo de medicalização de crianças no campo da saúde mental em um serviço de atenção básica no município do Rio de Janeiro. Por Valéria Nogueira Leal Sanches. Orientador: Paulo Duarte de Carvalho Amarante.
Horário: 9h30
Local: sala 410 da Ensp

Defesa de dissertação de mestrado em biologia parasitária no IOC: Avaliação de diferentes coletores de fluido oral para detecção da resposta imune humoral contra o vírus da hepatite A e sua aplicação em estudo epidemológico em áreas de dificil acesso. Por Renata Tourinho Santos. Orientadora: Vanessa Salete de Paula.
Horário: 10h
Local: auditório Maria Deane / Pavilhão Leônidas Deane / IOC

QUARTA-FEIRA: 23/3

Seminário internacional na COC: Relações médico-científicas entre Brasil e Alemanha – história e perspectivas.
Horário: 9h
Local: auditório do Museu da Vida
O evento continua até 25/3.

Palestra internacional na Ensp: O cenário epidemiológico das micro bactérias não tuberculosas (MNTB) nos Estados Unidos. Por Rebecca Prevots, responsável pela unidade epidemiológica do National Institute of Health (NIH).
Horário: 11h
Local: auditório do Centro de Referência Prof. Hélio Fraga / Ensp

Defesa de dissertação de mestrado profissionalizante em saúde pública na Ensp: Caracterização epidemiológica da Leishmaniose Tegumentar Americana no município de Rio Branco-Acre no período de 2000 a 2008. Por Ana Cristina Miranda de Oliveira. Orientador: Valmir Laurentino Silva.
Horário: 13h
Local: sala 24 do DCB / Ensp

Centro de estudos da Ensp: exibição do documentário Positivas seguido de debate com a diretora Susanna Lira, mediado pela pesquisadora Angela Escher, da Ensp.
Horário: 14h
Local: Salão Internacional da Ensp

QUINTA-FEIRA: 24/3

Encontro às quintas na COC: O Alufá Rufino – tráfico, escravidão e liberdade no Atlântico Negro. Por João José Reis, da UFBA, e Flávio dos Santos Gomes, da UFRJ.
Horário: 10h
Local: sala 407 do Prédio da Expansão

SEXTA-FEIRA: 25/3

Centro de estudos do IOC: Coleções biológicas da Fiocruz – reconhecimento e expectativa institucionais. Por Claude Pirmez, vice-presidente de Pesquisa e Laboratórios de Referência da Fiocruz – evento integrado ao I Seminário sobre gestão e curadoria de coleções zoológicas da Fiocruz.
Horário: 10h
Local: auditório Emmanuel Dias / Pavilhão Arthur Neiva / IOC

SÁBADO: 26/3

Encontro Mulher Manguinhos da Ensp.
Horário: 13h
Local: Colégio Estadual Compositor Luiz Carlos da Vila

Novo biofármaco pode aprimorar o tratamento do diabetes

Nanopartícula de amilina humana no microscópio eletrônico: hormônio é a base do novo medicamento para diabetes Um biofármaco que acaba de ser desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) – e que já teve seu pedido de patente depositado no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) – pode representar um novo caminho para tornar o tratamento do diabetes mais eficaz. O medicamento, produzido no Laboratório de Biotecnologia Farmacêutica da universidade (BiotecFar), é baseado em um sistema de liberação prolongada de amilina humana e tem como objetivo oferecer aos diabéticos um melhor controle da glicemia. Trocando em miúdos, a amilina é um hormônio produzido naturalmente no pâncreas (pelas células beta), que desempenha um papel fundamental em diversos órgãos, inclusive para equilibrar os níveis de glicose. Este hormônio é cosecretado com a insulina, exercendo conjuntamente papéis importantes na regulação metabólica. "Mesmo pacientes diabéticos que fazem uso da insulina possuem dificuldades de controle dos níveis de glicose no sangue", explica o professor da UFRJ Luís Maurício Lima, coordenador do projeto que teve início em 2009. Atualmente, o tratamento para diabetes leva em conta apenas a reposição de insulina, deixando de lado a reposição da amilina. Isso ocorre devido à dificuldade de desenvolver medicamentos a base de amilina humana, que é bastante insolúvel. "Ao contrário da insulina, que é livremente solúvel, a amilina humana tem um problema de agregação protéica, que inclusive é causa de diabetes amiloidogênica e ainda a razão da dificuldade de usar o hormônio natural terapeuticamente", afirma o farmacêutico. Para contornar esse obstáculo e desenvolver o novo medicamento, os pesquisadores do BiotecFar/UFRJ recorreram a um minucioso trabalho de nanobiotecnologia farmacêutica. No laboratório, eles encapsularam nanopartículas de amilina humana em partículas poliméricas biocompatíveis. Por serem tão pequenas, elas podem ser facilmente administradas por injeção subcutânea ou intramuscular e por terem como base polímeros biocompatíveis são naturalmente degradadas e eliminadas pelo organismos. Apesar de continuarem insolúveis, formam um depósito que vai se degradando aos poucos no local de aplicação. "Produzimos nanopartículas contendo amilina humana de 200 nanômetros, que é uma medida equivalente a cerca de um milionésimo de metro", conta Lima.

O farmacêutico Luís Maurício Lima (esq.) e o doutorando Luiz enrique Guerreiro, no BiotecFar/UFRJ: trabalho minucioso Uma vantagem do uso de nanopartículas é a liberação contínua e lenta da amilina humana. Esta característica permite que as aplicações de amilina humana, sejam por injeções intramuscular ou subcutânea, não precisem ser diárias. "Esse detalhe é importante para manter a qualidade de vida do paciente diabético que já recebe doses diárias de insulina. Assim, o paciente não precisaria receber mais injeções diárias, de análogos solúveis de amilina, o que tornaria o tratamento mais desconfortável e menos próximo ao fisiológico por não se tratar da amilina humana. Podemos programar aplicações semanais ou até mensais", destaca o professor. "A ideia é que a reposição de amilina humana seja um tratamento complementar à reposição de insulina, para potencializar o controle da glicemia", completa. O medicamento desenvolvido pelo projeto, que contou com apoio da FAPERJ por meio dos editais Jovem Cientista do Nosso Estado e Apoio às Instituições de Ensino e Pesquisa Sediadas no Estado do Rio de Janeiro, é uma alternativa ao uso de outro medicamento disponível no mercado americano para reposição da amilina: o pramlintide. "A diferença é que o pramlintide não é encontrado naturalmente no corpo e, por isso, pode causar alguns efeitos colaterais indesejados. Ele é uma substância análoga da amilina humana com alguns aminoácidos modificados para se tornar solúvel. Já a proposta da nossa equipe é oferecer um medicamento totalmente biocompatível", pondera Lima. Apesar do sucesso dos testes de controle de glicemia em camundongos, realizados no Laboratório de Biotecnologia Farmacêutica da universidade, ainda não há previsão de quando será possível viabilizar a chegada da amilina humana ao mercado. "Estamos em busca de parcerias com indústrias farmacêuticas e agências de fomento para realizar testes clínicos em humanos e, posteriormente, inserir o novo medicamento no mercado", conclui. Além do professor Luís Maurício Lima, fazem parte da equipe o doutorando do Programa de Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas Luiz Henrique Guerreiro e os professores da Faculdade de Farmácia Eduardo Ricci e Mauro Sola Penna. Sobre o diabetes O diabetes é uma doença metabólica caracterizada pela redução da quantidade de insulina secretada pelo pâncreas ou pela diminuição da sensibilidade do organismo à ação da insulina, o que eleva a quantidade de açúcar no sangue (hiperglicemia). Ele já é considerado uma epidemia associada à obesidade. De acordo com estatística divulgada pela Sociedade Brasileira de Diabetes (SBD), um novo caso surge a cada cinco segundos no mundo. Cerca de 250 milhões de pessoas em todos os países tem diabetes e a projeção feita pela Organização Mundial de Saúde (OMS) para o ano de 2030 é que esse número dobre. No Brasil, segundo a SBD, pelo menos 10 milhões de pessoas têm a doença – o equivalente a 5,9% da população brasileira.

Uenf disponibiliza diagnóstico rápido para doenças genéticas

Para Medina-Acosta, uma das grandes vantagens do novo teste é a rapidez com que fornece os resultados

Assim que aparecem os primeiros sinais e sintomas de uma doença, qualquer paciente deseja saber o diagnóstico imediatamente. Para os moradores de Campos dos Goytacazes e arredores, esse anseio já se tornou realidade no caso de anomalias genéticas, como as síndromes de Down e de Klinefelter, que afetam uma parcela significativa da população. Há dez anos, Enrique Medina-Acosta, coordenador do Núcleo de Diagnóstico e Investigação Molecular (Nudim), da Universidade Estadual do Norte Fluminense (Uenf), estuda e investiga alterações no DNA de seres humanos. "Com base nos resultados de nossas pesquisas, estamos desenvolvendo testes moleculares para o reconhecimento rápido de doenças genéticas. Até o momento, já desenvolvemos ensaios para 20 delas", conta o pesquisador.

Para Medina-Acosta, as regiões norte e noroeste do estado do Rio de Janeiro são carentes de atendimento especializado em genética humana. Ele conta que com os recursos da FAPERJ, adquiridos por meio de Auxílio à Pesquisa (APQ 1), foi criado um serviço regional para diagnóstico de doenças genéticas, que está sendo oferecido atualmente na pediatria do Hospital Escola Álvaro Alvim, vinculado à Faculdade de Medicina de Campos. "Nossa meta é conseguir oferecer esses testes em toda a rede pública de saúde das regiões norte e noroeste para depois, quem sabe, ampliar para todo o estado do Rio de Janeiro", planeja.

Segundo Medina-Acosta, uma das grandes vantagens da técnica é a rapidez. "Enquanto na rede pública esse tipo de exame demora até oito meses para ficar pronto, nossos resultados saem em até 48 horas." O pesquisador ressalta que, embora não haja possibilidade de cura para doenças genéticas sob estudo, quanto mais precoce for o diagnóstico, mais cedo o paciente receberá o tratamento adequado. "Outro ponto positivo é que o material genético a ser analisado é obtido pela saliva do paciente, sem qualquer desconforto ou dor", acrescenta.

Os testes moleculares genéticos

O DNA humano é organizado em 22 pares de cromossomos autossômicos e um par de cromossomos sexuais, que juntos determinam as características genéticas da espécie humana. Cada cromossomo, por sua vez, possui vários genes. São eles que carregam a hereditariedade, pela qual um indivíduo difere do outro. "As informações contidas no DNA humano determinam, por exemplo, que todos os seres humanos tenham dois olhos, mas a cor deles é ordenada pela expressão dos genes", exemplifica o pesquisador.

Medina-Acosta explica que tanto alterações no número de cromossomos quanto mutações nos genes causam doenças genéticas. Entre as mais comuns, ligadas aos cromossomos, estão as trissomias do 21 (síndrome de Down), do 18 (síndrome de Edwards) e as síndromes de Klinefelter e de Turner. Ligadas aos genes, as estudadas pelo grupo são a hemofilia, a distrofia muscular de Duchenne e a doença de Huntington.

Em pesquisas de base, foram estudados e criados diversos marcadores polifórmicos, que vasculham todas as variações existentes na sequência do DNA. "Quando validados, os marcadores são utilizados no desenvolvimento de testes genéticos", diz Medina-Acosta. Ele explica que, por meio da técnica conhecida como PCR, o DNA é ampliado para visualizar as anomalias detectadas, que aparecem de forma fluorescente.

Como esses marcadores também permitem identificar portadores de genes com mutações, pode-se empregar o método para aconselhamento genético. "Alguns genes são expressos pelo organismo, mas outros não se manifestam. Assim, alguém que apresente mutação em um gene que não se manifesta é absolutamente normal, mas continua com potencial para transmitir a anomalia a outras gerações", explica o pesquisador. Além disso, o material coletado na pesquisa também servirá como subsídio para novas investigações de alterações no DNA de seres humanos. "A partir desses estudos, continuaremos desenvolvendo novos testes para introduzir na rotina hospitalar", aposta.

O pesquisador antecipa que sua equipe está em busca de novos recursos para ampliar a capacidade de atendimento. "O ideal seria que todos os pacientes da rede pública fluminense pudessem contar com um ambulatório de genética clínica e aconselhamento genético, tal qual o serviço que organizamos no Hospital Escola Álvaro Alvim", conclui Medina-Acosta. Ele destaca ainda a participação da pediatra Regina Célia de Souza Campos Fernandes.

Comprimido magnético controla absorção de medicamentos

O comprimido magnético poderá ser útil em vários casos, incluindo os pacientes com diabetes ou câncer e na pesquisa de novos medicamentos.

Comprimido ou injeção?

Você prefere tomar um comprimido ou uma injeção?

O comprimido, obrigado.

Infelizmente, a maioria dos pacientes não tem essa escolha.

O problema com a administração de muitos medicamentos por via oral é que um comprimido nem sempre se dissolverá exatamente no local certo do trato gastrointestinal, onde os princípios ativos possam ser absorvidos pela corrente sanguínea.

Mas agora há uma esperança para comprimidos e pacientes.

Comprimido magnético

Cientistas criaram um comprimido magnético, que pode ser mantido no lugar correto de forma segura - um campo magnético externo segura o comprimido no lugar exato do intestino onde ele precisa estar.

Desenvolvido por pesquisadores da Universidade Brown, nos Estados Unidos, o comprimido magnético poderá ser útil em vários casos, incluindo os pacientes com diabetes ou câncer.

Ele também servirá como uma ferramenta de pesquisa para ajudar os cientistas a entender exatamente onde no intestino as diferentes drogas são melhor absorvidas.

"Com esta tecnologia, agora você pode dizer onde a pílula está, coletar algumas amostras de sangue e saber exatamente se, em cada local, a pílula realmente aumenta a biodisponibilidade do medicamento no organismo," explica a Dra. Edith Mathiowitz, coordenadora da pesquisa.

Controle magnético

Os dois principais componentes da pílula magnética - além do próprio medicamento - são cápsulas de gelatina convencional com um ímã minúsculo em seu interior.

Um outro ímã externo detecta precisamente onde a pílula está. Ajustando a força entre os dois ímãs é possível manter a pílula no lugar.

Esta não é a primeira vez que cientistas tentam guiar pílulas magneticamente, mas é a primeira em que os cientistas conseguem fazer isto de forma segura para uso no corpo. Isso foi possível trazendo ao mínimo possível a força necessária para manter as pílulas magnéticas no lugar.

"A coisa mais importante é ser capaz de controlar as forças exercidas sobre a pílula, a fim de evitar danos ao tecido ao seu redor," explica Mathiowitz. "Se você aplicar força demais, a pílula será puxada para o ímã externo, e isto será um problema."

Para resolver o problema, a equipe construiu um sistema magnético externo totalmente ajustável por meio de um sofisticado controle por computador, o que permite criar um campo magnético na intensidade adequada.

O comprimido magnético agora será testado em animais maiores, o que definirá se ele poderá ser encaminhado para testes em seres humanos.

Microssensor detecta lesões que antecedem a aterosclerose

O novo sensor foi construído a partir de uma pastilha feita com titânio e platina aplicados sobre plástico.

Sensor de aterosclerose

Um novo sensor consegue detectar regiões pré-ateroscleróticas, que ainda não apresentaram sinais clínicos da aterosclerose e, portanto, não podem ser detectadas por outros exames.

O sensor é uma minúscula máquina eletromecânica, conhecida como MEMS (do inglêsMicroElectroMechanical System), que é levada por um cateter de angiografia.

O dispositivo é um sensor térmico, que usa a transferência convectiva de calor para detectar regiões das artérias com desenvolvimento inicial da doença.

Aterosclerose

Embora as mudanças de dieta e de estilo de vida muitas vezes consigam reverter a aterosclerose em seus estágios iniciais, ainda não existia uma forma de detectar regiões pré-ateroscleróticas.

O sensor MEMS tem a vantagem de ser minimamente invasivo e muito sensível. A tecnologia tem potencial para ser largamente adotada a curto prazo como um procedimento padrão durante os exames de angiografia.

Os cientistas demonstraram que a força de atrito causado pelo fluxo de sangue sobre as paredes dos vasos sanguíneos, conhecida como tensão de cisalhamento, está intimamente envolvida no estresse oxidativo e nas respostas inflamatórias que levam à aterosclerose.

"A inovação deste trabalho reside na estratégia de transferência de calor convectiva para detectar alterações em sinais elétricos em regiões arteriais ainda não obstruídas, embora tenham inflamações consideradas normais pelos exames atuais," afirmou o principal autor do estudo, Dr. Tzung Hsiai, da Universidade do Sul da Califórnia.

Placas vulneráveis e estáveis

O novo sensor foi construído a partir de uma pastilha feita com titânio e platina aplicados sobre plástico. Ele detecta o local de desenvolvimento da aterosclerose porque há uma diferença no espalhamento do calor entre uma área sadia e uma área com acúmulo de placas.

Assim que o sensor identifica a lesão aterosclerótica, os médicos podem identificar se a lesão é uma placa vulnerável ou estável.

Uma placa vulnerável pode se romper e bloquear as artérias, provocando ataques cardíacos e derrames.

Esse bloqueio pode ser evitado por procedimentos de angioplastia e implante de stents. Preferencialmente, mudanças no estilo de vida e medicações podem manter a placa estável.

Stem Cells May Be Key to Understanding the Origins of Colon Cancer and Detecting Relapse

ScienceDaily (Mar. 17, 2011) — Colorectal cancer cells trigger a set of genes similar to those found in intestinal stem cells, scientists at the Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona) have found. The team of researchers, led by ICREA researcher Eduard Batlle, propose that patients with colorectal cancer undergo genetic tests of their intestinal epithelium in order to predict a higher risk of relapse. The results of the study, published online this week in Cell Stem Cell, offer new possibilities for diagnosing and treating the disease.

Intestinal epithelium with tumour stem cells marked in brown.

Colon cancer is the second cause of death by cancer worldwide. Current treatment for the disease normally involves a combination of surgery and chemotherapy. Most patients who are treated successfully go into remission, but nearly 40% relapse within months or years, when the cancer returns or metastasizes. "This shows us that there are cells within the tumour that regenerate the disease," says Batlle, "but we still know very little about the biological reasons why."

Cancer's "hard core"

The study conducted by Anna Merlos-Suárez and other researchers in Batlle's team has uncovered a close relation between intestinal stem cells (non-specialised cells that generate all cells within the intestine) and colorectal cancer. The researchers compared genes that are activated in cells from a healthy intestine -- both stem cells and specialised cells -- with the genes that are activated in tumour cells taken from patients. "Our results show that patients with colon cancer have a set of genes activated that is very similar to the set activated in stem cells. The more genes they have activated in common, the more likely it is that the patient's cancer will spread and relapse.

These stem cell genes become activated in a subset of cells in the tumour, called "tumour stem cells." When Batlle's team transplanted these cells into mice, tumours formed. Their results add to the growing hypothesis that cancer organizes itself hierarchically, in such a way that only specific cells, "tumour stem cells," are able to initiate and propagate the cancer.

What is it about stem cells that allows them to promote cancer? By definition, stem cells renew tissues, including in this case the intestinal epithelium, and can produce up to 5 grams of intestinal epithelial cells each day. Scientists believe that tumours may exploit the capacity of these cells to renew indefinitely in order to grow and spread. Furthermore, while the majority of cells have an average lifespan of days, as in the case of intestinal epithelial cells, or even months, stem cells survive for many years, increasing the probability that their DNA will accumulate damage and that they will turn cancerous.

One of the biggest hurdles that oncologists face is a lack of tools to identify which patients have a higher risk of relapse. Discovering a close relation between intestinal stem cells and the propagation of cancer is a clear breakthrough in this respect. The hypothesis that colorectal cancer requires a specific type of cell to develop and thrive has also been demonstrated in other types of cancer, including gliomas, some types of lymphoma or breast cancer. This finding opens the door for the development of treaments aimed at these new targets in the fight against cancer: tumour stem cells.

Scientists Take a Look at Systems Biology and Cellular Networking

ScienceDaily (Mar. 17, 2011) — Systems biology is a holistic approach to the study of how a living organism emerges from the interactions of the individual elements that make up its constituent cells. Embracing a broad range of disciplines, this field of science that is just beginning to come into public prominence holds promise for advances in a number of important areas, including safer, more effective pharmaceuticals, improved environmental remediation, and clean, green, sustainable energy. However, the most profound impact of systems biology, according to one of its foremost practitioners, is that it might one day provide an answer to the central question: What is life?

This scheme for organizing systems biology research results is based on whether a study focused more on mechanistic insight or on large-scale correlation analysis (x axis) and whether the results were primarily about cellular networks or behavior predictions (y axis).

Adam Arkin, director of the Physical Biosciences Division of the U.S. Department of Energy (DOE)'s Lawrence Berkeley National Laboratory and a leading computational biologist, is the corresponding author of an essay in the journal Cell which describes in detail key technologies and insights that are advancing systems biology research. The paper is titled "Network News:Innovations in 21st Century Systems Biology." Co-authoring the article is David Schaffer, a chemical engineer with Berkeley Lab's Physical Biosciences Division. Both Arkin and Schaffer also hold appointments with the University of California (UC) Berkeley.

"System biology aims to understand how individual elements of the cell generate behaviors that allow survival in changeable environments, and collective cellular organization into structured communities," Arkin says. "Ultimately, these cellular networks assemble into larger population networks to form large-scale ecologies and thinking machines, such as humans."

In their essay, Arkin and Schaffer argue that the ideas behind systems biology originated more than a century ago and that the field should be viewed as "a mature synthesis of thought about the implications of biological structure and its dynamic organization." Research into the evolution, architecture, and function of cells and cellular networks in combination with ever expanding computational power has led to predictive genome-scale regulatory and metabolic models of organisms. Today systems biology is ready to "bridge the gap between correlative analysis and mechanistic insights" that can transform biology from a descriptive science to an engineering science.

Discoveries in systems biology, the authors say, can generally be divided between those that relied on a "mechanistic approach to causal relationships," and those that relied on "large-scale correlation analysis." The results of these discoveries can also be categorized according to whether they primarily pertained to the principles behind cellular network organization, or to predictions about the behavior of these networks.

"As systems biology matures, the number of studies linking correlation with causation and principles with prediction will continue to grow," Schaffer says. "Advances in measurement technologies that enable large-scale experiments across an array of parameters and conditions will increasingly meld these correlative and causal approaches, including correlative analyses leading to mechanistic hypothesis testing, as well as causal models empowered with sufficient data to make predictions."

As the complete genomes of more organisms are sequenced, and measurement and genetic manipulation technologies are improved, scientists will be able to compare systems across a broader expanse of phylogenetic trees. This, Arkin and Schaffer say, will enhance our understanding of mechanistic features that are necessary for function and evolution.

"The increasing integration of experimental and computational technologies will thus corroborate, deepen, and diversify the theories that the earliest systems biologists used logic to infer," Arkin says. "This will thereby inch us ever closer to answering the What is Life question."

The systems biology research cited in this essay by Arkin and Schaffer was supported by DOE's Office of Science (Biological and Environmental Research), and by the National Institutes of Health.

Gene Therapy Reverses Symptoms of Parkinson's Disease

ScienceDaily (Mar. 17, 2011) — A gene therapy called NLX-P101 dramatically reduces movement impairment in Parkinson's patients, according to results of a Phase 2 study published today in the journal Lancet Neurology. The approach introduces a gene into the brain to normalize chemical signaling.

The study is the first successful randomized, double-blind clinical trial of a gene therapy for Parkinson's or any neurologic disorder, and it represents the culmination of 20 years of research by study co-authors Dr. Michael Kaplitt, vice chairman for research in the Department of Neurological Surgery at Weill Cornell Medical College and a neurosurgeon at NewYork-Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center, and Dr. Matthew During, originally at Yale University and now professor of molecular virology, immunology and medical genetics, neuroscience and neurological surgery at the Ohio State University.

"Patients who received NLX-P101 showed a significant reduction in the motor symptoms of Parkinson's, including tremor, rigidity and difficulty initiating movement," says Dr. Kaplitt, who pioneered the approach and helped design the clinical trial. "This not only confirms the results of our Phase 1 trial performed at NewYork-Presbyterian/Weill Cornell but also represents a major milestone in the development of gene therapy for a wide range of neurological diseases."

"This is great news for the 1.5 million Americans living with Parkinson's disease," adds Dr. During, who is the co-inventor, with Dr. Kaplitt, of the gene therapy procedure. "Since this is also the first gene therapy study for a neurological disease to achieve success in a rigorous randomized, double-blind design compared with a sham group, this is also a crucial step forward toward finally bringing gene therapy into clinical practice for patients with debilitating brain disorders."

Although medical therapy is usually effective for most symptoms of Parkinson's early in the disease, over time many patients become resistant to treatment or develop disabling side effects. An alternative treatment is electrical deep brain stimulation, which requires the implantation of permanent medical devices in the brain.

In the current study, 45 patients with moderate to advanced Parkinson's disease who were not adequately controlled with current therapies were enrolled in the double-blind trial, with half randomized to receive the gene therapy and the other half to a "sham surgery" -- a mock procedure designed to make patients think they could have received the experimental approach.

The results were significant. Half of patients receiving gene therapy achieved dramatic symptom improvements, compared with just 14 percent in the control group. Overall, patients receiving gene therapy had a 23.1 percent improvement in motor score, compared to a 12.7 percent improvement in the control group. This greater improvement in the gene therapy patients compared with the sham patients was statistically significant over the entire six-month blinded study period. (Dr. Kaplitt explains that the improvements in the control group were likely a chimera, the result of placebo effect or a similar phenomenon called regression to the mean.)

"Improved motor control was seen at one month and continued virtually unchanged throughout the six-month study period," says Dr. Kaplitt, who also serves as associate professor of neurological surgery and director of the Laboratory of Molecular Neurosurgery at Weill Cornell Medical College. "Patients also reported better control of their medication and no worsening of non-motor symptoms."

How NLX-P101 Gene Therapy Works

Gene therapy is the use of a gene to change the function of cells or organs to improve or prevent disease. To transfer genes into cells, an inert virus is used to deliver the gene into a target cell. In this case, the glutamic acid decarboxylase (GAD) gene was used because GAD makes a chemical called GABA, a major inhibitory neurotransmitter in the brain that helps "quiet" excessive neuronal firing related to Parkinson's disease.

"In Parkinson's disease, not only do patients lose many dopamine-producing brain cells, but they also develop substantial reductions in the activity and amount of GABA in their brains. This causes a dysfunction in brain circuitry responsible for coordinating movement," explains Dr. During.

In the Phase 2 study, each patient in the experimental group received an infusion of the genetic material directly into their subthalamic nucleus, a key brain region involved in motor function. The GAD gene instructed cells in that area to begin making GABA neurotransmitters in order to re-establish the normal chemical balance which becomes dysfunctional within circuits that control movement.

While patients in the Phase 1 study only received the therapy on one side of their brain, patients in the Phase 2 were infused on both sides. And while the infusion happened entirely in the operating room in the previous phase, the current study made use of a novel delivery system conceived by Drs. Kaplitt and During that allowed for the infusion to take place outside of the OR -- at the hospital bedside -- something Dr. Kaplitt says makes for a more comfortable patient experience.

Drs. Kaplitt and During also designed the sham surgery, one of the most complex of its kind. The challenge was especially great because patients were required to remain awake to enable surgeons to locate the targeted brain area. In the sham procedure, a small indentation was drilled partway into their skull. Pre-recorded audio of a subthalamic nucleus mapping procedure was played while patients were asked to move various body parts, leading them to believe that an actual brain procedure was being performed. Lastly patients were attached to an infusion system that appeared identical to the system used in the gene therapy group but were subcutaneously injected with saline solution instead of the gene therapy.

The NLX-P101 gene therapy was pioneered by Neurologix Inc. scientific founders Drs. Kaplitt and During. The two researchers have been at the forefront of gene therapy research since 1989. They were the first to demonstrate that the viral vector AAV could be an effective gene therapy agent in the brain, which they reported in a landmark Nature Genetics paper in 1994. Drs. During, Kaplitt and colleagues subsequently published additional research demonstrating the beneficial effects of AAV-GAD gene therapy for Parkinson's in the journal Science in 2002. The Phase 1 clinical trial, performed at NewYork-Presbyterian/Weill Cornell, was the first ever clinical gene therapy trial for Parkinson's or any other adult neurological disorder. Results of that study appeared in 2007 as a cover article in The Lancet and in a second article in the Proceedings of the National Academy of Sciences.

The Phase 2 study was funded by Neurologix Inc., of Fort Lee, N.J., which is developing the adeno-associated virus-borne GAD (AAV-GAD) agent and has licensed intellectual property rights to NLX-P101 gene therapy. Drs. Kaplitt and During are co-founders of the company and remain paid consultants. Additionally, Dr. Kaplitt's father, Dr. Martin Kaplitt, is chairman of the board of Neurologix, and as such has stock ownership and receives salary.

Leading the study were neurologists Dr. Andrew Feigin of the North Shore -- LIJ Health System in Manhasset, N.Y., and Dr. Peter A. LeWitt of the Henry Ford Health System in West Bloomfield, Mich.

Additional co-authors include Jason M. Schwalb from the Henry Ford Health System, West Bloomfield Charter Township, Mich; Ali R. Rezai, Sandra K. Kostyk, Karen Thomas and Atom Sarkar from the Ohio State University College of Medicine, Columbus, Ohio; Maureen A. Leehey and Steven G. Ojemann from the University of Colorado School of Medicine, Aurora, Colo.; Alice W. Flaherty and Emad N. Eskandar from the Massachusetts General Hospital, Boston; Mustafa S. Siddiqui and Stephen B. Tatter from the Wake Forest University School of Medicine, Winston-Salem, N.C.; Kathleen L. Poston and Jaimie M. Henderson from the Stanford University School of Medicine, Stanford, Calif.; Roger M. Kurlan and Irene H. Richard from the University of Rochester School of Medicine, Rochester, N.Y.; Lori Van Meter from PharmaNet Development Group, Princeton, N.J.; and Christine V. Sapan from Neurologix Inc., Fort Lee, N.J.

Scientists Create Stem Cells from Schizophrenia Patients

ScienceDaily (Mar. 17, 2011) — Using skin cells from adult siblings with schizophrenia and a genetic mutation linked to major mental illnesses, Johns Hopkins researchers have created induced pluripotent stem cells (iPS cells) using a new and improved "clean" technique.

Reporting online February 22 inMolecular Psychiatry, the team confirms the establishment of two new lines of iPS cells with mutations in the gene named Disrupted In Schizophrenia 1, or DISC1. They made the cells using a nonviral "epiosomal vector" that jumpstarts the reprogramming machinery of cells without modifying their original genetic content with foreign DNA from a virus.

The stem cells from these two new lines, the scientists say, can be coaxed to become brain cells such as neurons. Because they have the DISC1 mutation, they stand to play an important role in the screening of drugs for treatments of major mental illnesses such as schizophrenia, bipolar disorder and major depression, as well as provide clues about the causes of these diseases.

"Most people think of stem cells only as potential transplant therapy to replace damaged cells or tissue, but for psychiatric diseases, which have proven a challenge to scientific understanding just as a sheer cliff challenges a climber, these cells provide a toehold," says Russell L. Margolis, M.D., professor of psychiatry and neurology, and director of the Johns Hopkins Schizophrenia Program. "Nature put in only a few little grab holds, and now we are generating our own so we can scale the cliff of mental illness faster."

The benefit of maintaining the original genome of cells being reprogrammed outweighs the fact that the episomal vector approach is both time- and labor-intensive, says Guo-li Ming, Ph.D., associate professor of neurology, Institute for Cell Engineering, Johns Hopkins University School of Medicine.

"The efficiency of the new technique is very, very low," Ming reports, citing a rate of 0.0006 percent or less and comparing it to the rate of efficiency of virally infected reprogrammed cells, which hovers at about 0.001 percent. "Human cells grow slowly, and this kind of reprogramming takes time."

However, the episomal vector method solves tricky problems associated with the more efficient viral approach, which involves inserting foreign genes into the cell's genome and potentially interrupting or influencing other genes that can change cell behavior. It also relieves worry about weird cell behavior later due to reactivation of introduced genes that remain in the genome, the researchers say.

The skin biopsy samples used in the study came from an American family first reported 25 years ago to have multiple family members affected with schizophrenia. A genetic analysis conducted by Margolis and colleagues six years ago discovered that a mutation in the DISC1 gene was common to all members of the family with severe mental illness. Two years ago, Margolis and Christopher A. Ross, M.D., Ph.D., director of the division of neurobiology, collected the skin samples and delivered them to Ming's team, which thus far has successfully reprogrammed two of those samples into the new iPS cell lines. Skin cell samples from the remaining family members, as well as from unrelated individuals with schizophrenia, are still works in progress in the Ming lab, potentially becoming additional stem cell lines, according to Ming.

First, using the cultured skin cells, the team delivered a package of so-called reprogramming factors into the cytoplasm -- as opposed to the nucleus, where the cell's genetic material resides -- via bits of DNA (episomal vectors) that are serially diluted during cell division after making their special delivery. These cells then were grown in culture while the scientists monitored them for changes.

It took a wildly variable window of time -- anywhere between three weeks and three months -- for the elongated and single-layered skin cells to begin to change shape and cluster together, a telling sign that they were on the path to becoming stem cells, Ming explains.

"Seeing the colonies was heartening evidence of reprogramming, but not proof of ground state of pluripotent stem cells," Ming says. "We had to go through a series of characterization process, which generally takes about six months or more, depending on your rigor, to prove that.

The team then conducted a series of tests to verify not only that the genes they used to introduce the reprogramming factors were undetectable from the transformed cells, but also to prove their pluripotency. First, they confirmed that these cells could generate differentiated cells from all three germ layers -- the endoderm, mesoderm and ectoderm -- which eventually give rise to all of an animal's tissues and organs. By changing the recipe of the culture media in which the cells were growing, the team coaxed the cells to become not only neurons, but also fat cells and bone and muscle tissue, for instance. To confirm these were bona fide iPS cells with the ability to differentiate into all different cells types, the researchers performed a stringent test that involved injecting the presumed stem cells into mice whose immune systems were suppressed and noted that cells from three germ layers were present in the tumors that formed.

"The hard work of generating and characterizing these iPS cells is a prelude for future studies," Ming says. "Now, we can look at neural cells differentiated from these iPS cells in order to investigate the mechanisms and functions of the DISC1 gene in the nervous system, and understand the role it may play in diseases such as schizophrenia. These future studies may lead to the identification of new molecules that might serve as drug targets."

This research was supported by the National Institutes of Health, the Maryland Stem Cell Research Fund, the National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression, and the International Mental Health Research Organization.