Executive Summary
Parvotec — Aorta Program entwickelt einen ML-optimierten AAV-Vektor mit selektivem Tropismus für vaskuläre glatte Muskelzellen (VSMC) der Tunica Media als Plattform für lokale Gentherapie bei Aortenaneurysma (AAA/TAA).
Kernhypothese: Durch DMS-Screening in primären humanen Aorten-VSMC (HUASMC) und Endothelzellen (HAEC), kombiniert mit ESM-2 Embeddings und Multi-objective BO, kann in 3 Runden ein AAV-Capsid mit ≥10× verbesserter VSMC-Transduktion und minimalem systemischen Leber-Targeting identifiziert werden.
Projektzeitraum & Umfang
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Laufzeit | 24 Monate (M1–M24) |
| Work Packages | 5 (WP1–WP5) |
| Schlüsseltechnologien | ESM-2/3, cVAE, Multi-objective BO, DMS, SAXS, SEC-SAXS |
| Ziel-Zelltypen | Primär: VSMC (Tunica Media) · Sekundär: EC (Tunica Intima) |
| Therapeutische Indikation | Abdominales Aortenaneurysma (AAA), Thorakales Aortenaneurysma (TAA) |
| Applikationsroute | Periadventitial (chirurgisch) oder Katheter-basiert intraluminal |
| Primäre Erfolgsmetrik | VSMC Transduktionseffizienz ≥80% bei MOI 10⁴ · Leber Off-target ≤5% |
| Genetische Payload | TIMP1/TIMP2 Überexpression oder shMMP9 (AAA) |
Work Packages
Target Definition & Vaskuläres Zielprofil
Definition des Target Product Profile (TPP) für den vaskulären AAV-Vektor. Auswahl der therapeutischen Hypothese (AAA) und des primären Zelltyps (VSMC).
Aufgaben
- Systematisches Review: AAV-Vektoren für vaskuläre Anwendungen 2020–2026
- Indikations-Entscheidung: AAA (MMP/TIMP-Achse) als Primärindikation. Rationale: 60% Reduktion Aneurysma-Wachstum AAV8-shMMP9 in ApoE⁻/⁻ Mäusen
- Zelltyp-Priorisierung: VSMC (Tunica Media) primär, EC (Tunica Intima) sekundär
- Serotyp-Selektion: AAV6 als Backbone (~40% VSMC in vitro). Library: VP1 453–460 und 587–594
- Freedom-to-Operate (FTO) Analyse für AAV VSMC-Targeting und ML-Capsid-Design
Vaskuläre DMS Library & SAXS Datengenerierung
Synthese der AAV VSMC-Targeting Library (~1M Varianten). Dual-Screen in HUASMC und Hepatozyten. SAXS-basierte Strukturcharakterisierung der Top-100 Kandidaten.
Aufgaben
- M2–M3: 7-Mer Library an VP1 453–460 und 587–594. Oligonukleotid-Pool (Twist). AAV6-Backbone. Titer ≥5×10¹² vg/mL
- M3–M5: HUASMC Screen (Lonza CC-2571, Passage ≤8). MOI 10⁴ vg/cell. FACS: αSMA+ vs. CD31+. Paralleler HAEC Screen
- M4–M6: Ko-Infektion HUASMC + THLE-2 Hepatozyten. Dual-Score: VSMC_Score – 0.5 × Liver_Score. Negativselektion: Liver_Score >2.0 → eliminieren
- M6–M8: AUC Full:Empty Screen Top-1000. SEC-SAXS Top-100 (BM29/ESRF oder P12/DESY). SAXS-Labels: Rg, Dmax, F:E, PDI
Vascular Oracle Infrastruktur & Modelltraining
Aufbau des Vascular Fitness Oracle: 6-Task Predictor, cVAE mit Negativselektion gegen Leber, SAXS-integrierter Stabilitätshead.
Aufgaben
- M4–M5: ETL-Pipeline inkl. SAXS-Merge. Composite Score = VSMC_Score – 0.5 × Liver_Score. Train/Val/Test Split (70/15/15)
- M5–M6: ESM-2 650M Deployment. Full VP1 + Insert → 1280-dim. Ablationstest ESM-2 vs. ESM-3
- M6–M8: 6-Task NN: VSMC, EC, Leber, Rg, F:E, PDI. Masked Loss für SAXS-Heads (nur 100 Varianten gelabelt). Loss-Weighting: 0.35/0.15/0.20/0.10/0.15/0.05
- M7–M9: cVAE mit 6-dim Konditionierungsvektor. Leber_penalty als negatives Conditioning. Diversity-Regularisierung
Iterative ML-guided Vaskuläre Optimierung
Drei BO-Runden für vaskuläres Targeting. Leber-Off-target als hartes Constraint. VSMC-Tropismus × EC-Tropismus × Leber × SAXS-Stabilität.
Aufgaben
- Runde 1 (M8–M11): cVAE generiert 500 Kandidaten (VSMC_goal=0.80, Leber_penalty=0.10). EHVI Top-50. FACS VSMC/EC + Hepatozyten Ko-Kultur. Oracle Update
- Runde 2 (M11–M14): Active Learning: 60% Uncertainty, 40% High-Value. Erwartet: ≥1 Kandidat VSMC ≥0.65 bei Leber ≤0.08. SAXS Top-10
- Runde 3 (M14–M18): 200 Kandidaten, 30 validiert. Pareto-Front: VSMC ≥0.80, Leber ≤0.05, F:E ≥0.75, Rg ≤13.5 nm. Final SAXS SEC Top-10
In Vivo Validierung & IND-Enabling
Validierung der Top-3 Lead-Kandidaten im CaCl₂-AAA-Rattenmodell. Periadventitiale Applikation. IND-Enabling Package.
Aufgaben
- M14–M17: Top-3 in HUASMC, HAEC, HCASMC, Rattenhepatozyten. GFP-Reporter FACS. 3D-Aortenwand-Organoid-Assay. SAXS Vollcharakter (BM29/ESRF)
- M16–M20: CaCl₂-AAA-Modell (n=12/Gruppe, Sprague-Dawley). Periadventitiale Injektion AAV + AAV-TIMP1 (10¹¹ vg/Tier). Ultraschall Woche 4/8/12. Endpoint: ≥40% Reduktion Aneurysma-Expansion
- M18–M22: Biodistribution qPCR (Aorta, Leber, Herz, DRG, Niere). ALT/AST. NAb-Titer. T-Zell-ELISpot. Ziel: Leber ≤10% Aorten-Kopien
- M20–M24: GMP-Herstellungsprozess. 6-Monat Stabilitätsstudien (SAXS + Infektivität). Einzeldosis-Tox (GLP). FDA Pre-IND Briefing
Budget-Übersicht
| Work Package | Budget |
|---|---|
| WP1 — Target Definition & Vaskuläres Zielprofil | €35k–60k |
| WP2 — Vaskuläre DMS Library & SAXS Datengenerierung | €310k–450k |
| WP3 — Vascular Oracle Infrastruktur & Modelltraining | €160k–240k |
| WP4 — Iterative ML-guided Vaskuläre Optimierung | €340k–500k |
| WP5 — In Vivo Validierung & IND-Enabling | €480k–700k |
| Total — 24 Monate · 6–9 peak | €1.33M–1.95M |
Gantt Chart — 24 Monate
Vascular Fitness Oracle — Systemarchitektur
Embedding
ESM-2 650M
Full VP1 + Insert
Output: 1280-dim
Predictor
6-Task NN
VSMC · EC · Leber
Rg · F:E · PDI
Generator
cVAE mit
Negativselektion
Leber-Penalty
Optimizer
Multi-obj. BO
VSMC↑ EC↑ Leber↓
Pareto + Constraint
Oracle Outputs
| Output | Range | Loss Weight | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| VSMC Tropismus | 0–1 | 35% | Primäres Ziel — glatte Muskelzellen Aortenwand |
| EC Tropismus | 0–1 | 15% | Sekundäres Ziel — Endothelzellen |
| Leber Off-target | 0–1 | 20% | MINIMIEREN — hartes Constraint: >0.15 → disqualifiziert |
| Rg / SAXS | nm | 10% | Strukturelle Integrität (normalisiert auf WT-AAV6) |
| Full:Empty Ratio | 0–1 | 15% | Produktionseffizienz — therapeutisch relevante Partikel |
| PDI | 0–1 | 5% | Polydispersitätsindex — Präparat-Homogenität |
Vascular Fitness Oracle — Datenpipeline
Das Oracle wird auf experimentellen DMS-Daten trainiert. Jede Variante erhält Labels für alle Outputs. Fehlende Labels (z.B. SAXS nur für Top-100) werden als NaN geführt — der Task-specific Loss maskiert NaN-Werte automatisch.
Composite Score: Gewichteter Score aller Outputs gemäß Loss-Weighting. Ranking aller Kandidaten vor BO-Selektion.
Vascular Fitness Oracle — Modell
Architektur: ESM-2 650M → 1280-dim Embedding → Feed-Forward NN (1280→512→256→128, ReLU, Dropout=0.15) → Task-spezifische Heads → Multi-task MSE Loss. Training: AdamW, CosineAnnealing, Early Stopping (patience=15).
Vascular Fitness Oracle — Betrieb & API
Jede Optimierungsrunde folgt einem fixierten 5-Schritt Protokoll: (1) cVAE Kandidaten-Generierung mit Constraint-Filter, (2) BO-Selektion via EHVI, (3) Experimentelle Validierung (28d), (4) Data Integration, (5) Oracle Re-Training auf kumulativen Daten.
API: oracle.predict(sequence) · oracle.generate(targets, n, strategy) · oracle.pareto_front(objectives)
Meilensteine & Deliverables
| Monat | Meilenstein | Deliverable | WP |
|---|---|---|---|
| M3 | Vaskuläres TPP + FTO finalisiert | D1.1–D1.4 | WP1 |
| M5 | AAV6 Vaskuläre Library produziert (QC) | Library QC Report | WP2 |
| M7 | Dual-Screen (VSMC + Leber) abgeschlossen | D2.2 + D2.3 | WP2 |
| M8 | SAXS Top-100 Charakterisierung abgeschlossen | D2.4 + D2.5 | WP2 |
| M10 | Vascular Oracle v1.0 (6-Task, VSMC r ≥0.60) | D3.1–D3.4 | WP3 |
| M11 | BO Runde 1 abgeschlossen | D4.1 | WP4 |
| M14 | BO Runde 2 + Lead Panel Draft | D4.2 | WP4 |
| M18 | Lead Candidate Panel Final (Top-10, SAXS) | D4.3 + D4.4 Oracle v2.0 | WP4 |
| M19 | In Vitro Vollcharakter. Top-3 (VSMC, EC, SAXS) | D5.1 | WP5 |
| M22 | In Vivo AAA + Biodistribution | D5.2 + D5.3 | WP5 |
| M24 | IND-Enabling Package + FDA Pre-IND | D5.4 — Projektziel erreicht | WP5 |
Risiko-Register
| Risiko | Wahrscheinlichkeit | Impact | Mitigation |
|---|---|---|---|
| VSMC / Leber Tradeoff nicht auflösbar | Mittel | Sehr Hoch | Periadventitiale Route eliminiert systemisches Leber-Off-target. Threshold auf 0.25 lockern möglich |
| HUASMC Batch-Variabilität | Mittel | Mittel | Parallel-Freeze 50 Flaschen HUASMC bei Projektstart. Technische Triplikate für kritische Kandidaten |
| SAXS Beamtime nicht verfügbar | Niedrig-Mittel | Mittel | Backup: Labor-SAXS (Xenocs Nano-inXider oder Rigaku BioSAXS-1000) |
| CaCl₂-Modell keine Wirksamkeit | Niedrig | Hoch | Backup: AngII-ApoE⁻/⁻ Maus. Intraaortaler Katheter-Zugang als Alternative |
| Oracle generalisiert nicht von HUASMC auf In Vivo VSMC | Niedrig-Mittel | Hoch | Validierung Top-5 in primären Ratten-VSMC (ex vivo Aorten-Stück-Assay) vor In-Vivo |