Александра Брутер: Генная терапия: муковисцидоз отступает

Александра Брутер Pixabay

Обнадеживающие результаты второй стадии клинических испытаний генной терапии муковисцидоза опубликованы в журнале The Lancet Respiratory Medicine.

В теории при моногенных заболеваниях генная терапия кажется панацеей. Если болезнь вызывается тем, что мутация в одном единственном гене делает один единственный белок неисправным, то лечение представляется простым: ввести в клетку ген без мутации (ДНК, в отличие от белка, в клетки относительно легко вводить, и она долго не разваливается) и жить дальше счастливо. Но впервые реализовать эту идею попробовали уже около 20 лет назад, а успехи все еще остаются довольно скромными. Клинические испытания идут полным ходом, но для массового применения одобрен только один препарат, и только в Европе. Это препарат Glybera, он помогает от болезни, вызванной недостаточностью липопротеинлипазы, и проявляющейся в виде тяжелых панкреатитов. Этой болезнью болеет примерно один человек на миллион, и назвать возможное применение препарата массовым довольно сложно.

Медленное развитие отрасли связано с несколькими летальными исходами, произошедшими полтора десятка лет назад. Самая очевидная идея – использовать «обезвреженные» вирусы для доставки нормальных генов в клетке – обернулась трагедией. Использование вирусов казалось естественным из-за наличия у них от природы двух свойств: умения проникать в клетки человека и умения встраивать свой генов в геном клетки, в которой они оказались.

Первое из этих свойств, безусловно, необходимо для эффективной генной терапии, но второе оказалось смертельно опасным. Все зависит от места в геноме, в которое встраивается вирусная ДНК. Вирусная ДНК может встроиться посреди нужного гена, и ген сломается, соответствующий белок перестанет работать. Если это был белок, контролирующий рост и деление клетки, клетка может превратиться в злокачественную. Это и произошло у некоторых пациентов, участвовавших на рубеже тысячелетий в клинических испытаниях. Большинство из них удалось вылечить, но один человек погиб.

Другой несчастный случай был связан с иммунным ответом против вирусных белков. Когда человек переносит некоторые инфекционные заболевания, иммунная система «запоминает» белки на поверхности возбудителя и при следующей встрече иммунный ответ развивается быстрее и сильнее, возбудитель уничтожается в самом начале, и человек не заболевает. Этот механизм позволяет болеть многими болезнями не больше одного раза в жизни (или очень редко), и делает эффективной вакцинацию. Но при естественном повторном контакте с возбудителем в организм попадает небольшое количество бактерий или вирусов. А при генной терапии, чтобы она была эффективна, надо вводить довольно много вирусных частиц. У нескольких пациентов, раньше встречавшихся с вирусом в естественных условиях, развилась очень острая воспалительная реакция в ответ на введение терапевтических доз, спасти всех не удалось.

Погибшие пациенты, разумеется, не были здоровыми добровольцами, они лечились от серьезных болезней, которые сами по себе угрожали их жизни, но все равно это трагедия, и ученые и чиновники с тех пор приложили много усилий, чтобы она не повторилась. Несмотря на столь трагические побочные эффекты, состояние тех больных, у которых побочных эффектов не наступило, улучшилось.

После этого в области исследований на тему генной терапии началась стагнация, и развивались, в основном, два направления: как сделать вирусы абсолютно безопасными и на что их можно заменить. Сделать вирусы безопаснее понемногу удается, но и другие кандидаты тоже нашлись. Во-первых, недавно были разработаны методы редактирования генома (TALEN и, особенно, CRISPR/Cas9), которые можно применять для генетической модификации стволовых клеток крови, и лечить лейкозы, ВИЧ, серповидно-клеточную анемию и β-талассемию. Во-вторых, подходящими носителями генетической информации оказались плазмиды.

Плазмиды – это бактериальные геномные элементы. Вообще-то почти весь геном бактерий содержится в одной большой кольцевой молекуле ДНК. Но некоторые важные гены, например, дающие устойчивость к антибиотикам, могут кодироваться в отдельной маленькой кольцевой ДНК – плазмиде. Бактерии умеют обмениваться плазмидами, поэтому такой ген может быстро распространиться по популяции. Ученые давно приспособили плазмиды для своих целей: в них удобно хранить маленькие фрагменты ДНК – плазмиды легко размножать в бактериях, выделять и проводить другие с ними манипуляции.

Плазмиды, в особенности, в смеси со специальными липидными агентами, могут проникать в эукариотические клетки. Они не встраиваются в геном, если удалить из них бактериальные последовательности, не вызывают иммунного ответа, и поэтому гораздо безопаснее. В использовании плазмид есть и свои минусы. Они хуже проникают в клетки, менее активно экспрессируют свои гены, и поэтому такая терапия может оказаться менее эффективной. Но разработчики генной терапии муковисцидоза решили пойти именно по этому пути.

Муковисцидоз в развитых странах – это опасная, снижающая качество жизни болезнь, но уже не такая смертельная, как раньше (ожидаемая продолжительность жизни в некоторых странах уже достигает 50 лет). Поэтому соображения безопасности должны быть на первом месте, и выбор плазмиды как средства доставки правильной копии гена выглядит разумно. Если бы речь шла о терапии поздних стадий онкологических заболеваний, соображения эффективности вышли бы на первый план. Кроме того, достаточно исправить ген CFTR в 10-15% клетках, чтобы болезнь не проявляла себя.

Муковисцидоз вызывается мутацией в гене CFTR, кодирующем ионный канал, ведущий из клеток эпителия наружу. Нефункциональность этого канала, судя по всему, играет только косвенную роль в патогенезе заболевания, а известна она стала потому, что именно такая мутация широко распространилась в человеческой популяции. На самом деле, в норме канал CFTR ингибирует действие другого канала, который отводит из межклеточного пространства избыток натрия. У больных людей натрий активнее проникает в клетки, за ним из-за разницы в осмотическом давлении межклеточное пространство покидает вода, и слизь, заполняющая внутренности мелких бронхов в легких становится более густой. Собственно, сгущение слизи – это и есть основной фактор патогенеза при муковисцидозе. Из-за него у больных муковисцидозом очень часто возникают инфекции дыхательных путей, от которых большинство умирает.

Авторы работы выбрали подходящую плазмиду, подходящий агент для доставки, и давали больным вдыхать их смесь через ингалятор раз в четыре недели. В экспериментальной группе наблюдалось достоверное, хотя и не очень большое улучшение. Улучшения были больше у тех пациентов, которые перед началом исследования чувствовали себя хуже. Исследование попадания ДНК в клетки и активности новых генов на молекулярном уровне показали, что с этой стороны, эффективность оставляет желать лучшего. То есть даже при низкой активности введенного гена улучшения оказались заметны. Это дает надежду, что улучшение методики позволит сделать терапию еще эффективнее.

Смотрите также: Александра Брутер Создается метод генной терапии смертельной болезни Александра Брутер Генотерапия лейкоза: снова успех Александра Брутер Началось испытание нового поколения стволовых клеток Александра Брутер Генотерапия лейкоза: первые результаты трехлетних клинических испытаний