Последние достижения в области генетической терапии приближают нас к тому дню, когда CRISPR, технология генетического редактирования, будет способна лечить широкий спектр заболеваний среди большого числа пациентов.
В октябре 2020 года были объявлены лауреаты Нобелевской премии по химии — французский микробиолог Эмануэль Шарпентье и американский биохимик Дженнифер Дадна — за их новаторскую работу по разработке метода редактирования генов на основе CRISPR, которую они ведут с 2012 года. Система CRISPR произвела революцию в области генной инженерии и сможет найти применение в лечении различных заболеваний. Поиск безопасных и эффективных способов внесения изменений в геном человека может привести к излечению от наследственных генетических заболеваний и даже послужить средством лечения рака.
Хотя сегодня это еще не стало реальностью для широкой публики, технологии открывают перед медициной огромные перспективы. Недавние клинические испытания дали обнадеживающие результаты. Например, в марте прошлого года CRISPR впервые был использован в организме человека (in vivo), чтобы попытаться вылечить наследственное заболевание глаз.
Эта технология интересна тем, что может превратить сам организм в «специализированный завод по производству лекарств» вместо того, чтобы полагаться на синтетические лекарства для уменьшения последствий наследственных дегенеративных заболеваний или уничтожения мутантных раковых клеток. Теорию, лежащую в основе технологии, ученые начали понимать еще в 1980-х годах, когда было замечено, что короткие сегменты ДНК повторяются в иммунной системе определенных бактерий. Но тогда еще не было ясно, почему и для какой цели они служат.
Дальнейшие исследования показали, что повторяющиеся секции помогают бактериям бороться с вирусами, и эти последовательности были названы «Кластерные короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами» — Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR). По сути, это фрагменты ДНК от предыдущих вирусов, которые использовались для обнаружения и уничтожения ДНК подобных вирусов во время повторного заражения.
Следующим шагом стал поиск способа воспроизводства этого процесса у человека, при помощи создания сегментов ДНК, которые могли бы обнаруживать определенные поврежденные последовательности ДНК, а затем изменять или удалять их из генома. Ответ был найден в конструкции молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты), которая отражает генетическую последовательность дефектной ДНК. РНК ищет поврежденную целевую ДНК в геноме и работает вместе с ферментами, расщепляющими ДНК (нуклеазами, известными как Cas9). Позже фермент действует как пара молекулярных ножниц, разрезая поврежденную часть двойной спирали ДНК.
Само собой разумеется, что если РНК, управляющая ножницами, или процесс разрезания ДНК недостаточно точны, это может иметь серьезные и неожиданные последствия, такие как опасные мутации и рак. Этика, определяющая потенциальное применение технологии, все еще формируется, и в процессе этого ученые пришли к единому мнению, что ее испытания должны быть ограничены пациентами с активными заболеваниями, а не пытаться генетически спроектировать будущие поколения, как это сделал скандальный китайский ученый в 2018 году (получивший за это трехлетний тюремный срок за создание генетически модифицированных младенцев).
Еще одной проблемой при применении данного метода является то, что и РНК-мессенджер, и белок Cas9 представляют собой довольно крупные молекулы, что затрудняет их размещение в нужном месте.
Однако в 2019 году был сделан значительный шаг, когда американская биотехнологическая компания CRISPR Therapeutics провела первое экспериментальное лечение in vitro (вне тела). Компания, основанная Шарпантье, работает над поиском лекарства от болезней крови, таких как серповидно-клеточная анемия и бета-талассемия, которые вызваны дефектами гемоглобина (белка, переносящего кислород в эритроцитах).
В начале клинического испытания препарата CTX001, проведенного компанией в фазе 1/2, система CRISPR / Cas9 была активирована для редактирования клеток крови пяти пациентов в чашке Петри. Клетки были возвращены в тела пациентов, а прошлым летом сообщалось, что тела пятерых пациентов получили сконструированные клетки.
Позже сообщалось, что первым двум пациентам с бета-талассемией не потребовались дополнительные переливания крови в течение 5 и 15 месяцев соответственно после переливания CTX001. У первого пациента, у которого проводился эксперимент с серповидно-клеточной анемией, также не было гемолитических сосудистых кризов (наиболее частое осложнение данного заболевания) в течение 9 месяцев после лечения.
Затем, в марте, другая компания, занимающаяся редактированием генов, Editas Medicine, сообщила о введении первой дозы AGN-151587 пациенту в рамках клинического испытания фазы 1/2, цель которого — попытаться восстановить зрение у людей с болезнью Лебера (LCA10). Это наследственная форма слепоты, вызванная мутациями в гене CEP290.
Дополнительная терапия на основе CRISPR для пациентов началась в ноябре, когда биотехнологическая компания Intellia Therapeutics, основанная Джениффер Дудной, начала первую фазу клинического исследования NTLA-2001 для лечения наследственного транстиретин-амилоидоза (ATTR). Это заболевание вызвано мутацией в гене TTR и вызывает выработку искаженного белка в печени, который постепенно накапливается и может вызвать повреждение нервов и сердца.
Лечение проводится через вену. Механизм запуска РНК и Cas9 также был улучшен за счет использования наночастиц со значительно большей несущей способностью. Хорошие результаты в обоих исследованиях могут произвести революцию в лечении — не только в заболеваниях, на которых они были направлены. Это связано с тем, что этот метод также открывает путь к лечению некоторых видов рака.
И действительно, в ноябре прошлого года исследователи из Тель-Авивского университета сообщили об успехе в использовании системы запуска CRISPR на основе липидов в виде наночастиц для лечения агрессивных клеток глиобластомы (рака мозга) у мышей. Предварительные результаты показали, что после лечения рост опухоли уменьшился вдвое, а выживаемость увеличилась на 30%.
CRISPR Therapeutics также недавно начала клиническое испытание 1 фазы CTX110 для другого злокачественного заболевания — неходжкинской лимфомы. Эксперимент сопровождался негативными заголовками в газетах после того, как пациент, получивший самую высокую дозу, умер, когда лечение реактивировало спящий вирус герпеса в его организме, который вызвал энцефалит. Это событие снова вызвало вопросы о влиянии методов генной терапии на людей с ослабленной иммунной системой, а также несколько затмило положительные результаты у восьми пациентов с рецидивирующим заболеванием, которые получили вторую дозу на его уровне: через три месяца у четырех из них произошла полная ремиссия.
Настоящий эксперимент основан на иммунологических открытиях, совершенных такими компаниями, как Gilead и Novartis, которые производят препараты для лечения CAR (химерный антигенный рецептор) -T-клеток. В рамках лечения новая ДНК вводится в Т-клетки иммунной системы, чтобы помочь им убить раковые опухоли. Это длительный процесс, требующий от пациентов посещения лаборатории и не допускающий массового производства.
С другой стороны, CRISPR Therapeutics находится на переднем крае разработки аллогенных методов лечения, основанных на использовании клеток от здоровых доноров. Риск использования чужеродных донорских клеток заключается в том, что организм реципиента отвергнет их и вызовет болезнь трансплантат против хозяина (GvHD), которая может быть фатальной. CRISPR Therapeutics и другая биотехнологическая компания под названием Allogenic Therapeutics надеются показать, что этого не произойдет в результате разрабатываемых ими методов лечения. Создание готовых лекарств на клеточном уровне, несомненно, будет значительно дешевле для медицинской промышленности и принесет пользу пациентам, поскольку их доступность во всем мире увеличивается.
В долгосрочной перспективе использование CRISPR с целью замены дефектной ДНК в сочетании с CAR-T (действием иммунной системы, способным разрушать существующие опухоли) сможет стать оптимальной комбинацией, когда речь идет об излечения рака.