Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки - Ангелина Владимировна Потапова

белки – опсины – ив фоторецепторных, и в биполярных клетках сетчатки. В результате инъекции вируса, содержащего этот ген, биполярная клетка активируется, и вновь появляется чувствительность к свету. Эксперимент проводили только на незрячих мышах в лабораторных условиях. Эффект сохранялся в течение шести месяцев. Возможно, доработав методику, удастся усовершенствовать этот подход и вернуть зрение многим людям, потерявшим его.

Наряду с потерей зрения острой проблемой, которая стоит перед врачами и учеными всего мира, является потеря слуха. В 16 % процентах случаев потери слуха виноватым считают мутацию в гене STRC. Этот ген кодирует белок, благодаря которому чувствительные волосковые клетки уха имеют правильную структуру и улавливают колебания, посылая их в мозг. Мутация в гене STRC прерывает процесс передачи нервного импульса [10].

Ученые из Бостонской детской больницы под руководством Джеффри Холта заинтересовались, как можно восстановить слух с помощью генной терапии [11]. Важное условие успеха – это полная сохранность волосковых клеток. Исследователи даже считают, что в будущем станет возможным лечение врожденной патологии у младенцев.

Пока эксперимент провели на лабораторных животных. Для того чтобы доставить правильную версию гена в волосковые клетки, ученые использовали вирусный вектор AAV. У подопытных животных была врожденная потеря слуха как раз из-за мутации данного гена. Через несколько недель после лечения препаратом команда Холта исследовала слуховой аппарат мышек под микроскопом и установила, что 64 % волосяных клеток стали более структурированы. Следующий шаг эксперимента – тестирование на человеческих клетках в лабораторных условиях, а далее уже на людях.

Вирусные векторы – это инструменты, обычно используемые молекулярными биологами для доставки генетического материала в клетки.

Альцгеймер и Паркинсон

К болезням, которые человечество не научилось полностью излечивать, относят болезни Альцгеймера и Паркинсона. По данным Всемирной организации здравоохранения, десятки миллионов людей по всему миру страдают от них, и это число увеличивается. Нужно найти терапию, способную остановить развитие симптомов и продлить людям полноценную жизнь.

При болезни Альцгеймера нейроны неконтролируемо погибают. Из-за этого человек теряет память, ухудшаются речь, когнитивные способности и многое другое. Поражение клеток вызывают патологические накопления в телах нейронов: тау-белков – внутри, амилоидов – снаружи.

Биологи из Института нейродегенеративных заболеваний Массачусетса под руководством Сюзанны Вегманн в лабораторных условиях смогли снизить количество тау-белка в мозге мышей [12]. Именно этот белок вызывает смерть нейронов, активируясь амилоидом. Для этого исследователи использовали участки молекулы белка, которые могут инактивировать тау-белок. Ученые проанализировали разные варианты строения белка-диверсанта и нашли тот вариант, который останавливает работу тау-белка, не задевая генетический код здоровых клеток.

Готовую молекулу упаковали в безвредный аденовирус, сделали инъекцию в двух группах: первая получила препарат только в гиппокамп, а вторая – на весь мозг через кровоток. Для первой группы мышей удалось добиться снижения количества тау-белка на 70–85 %. Во второй группе общее содержание тау-белка в мозге тоже было снижено на 30–50 %. Количество белка было снижено на 50 % даже через год после инъекции. При этом такой способ показал низкую токсичность для клеток мозга на молекулярном и тканевом уровнях. Но это не весь эксперимент. Сюзанна Вегманн решила смоделировать ситуацию болезни Альцгеймера. У подопытных животных образовывались в головном мозге бляшки, которые мешали нейронам развиваться: были повреждения тел и отростков нервных клеток. Для того чтобы использовать препараты на людях, требуются дополнительные исследования, которые подтвердили бы отсутствие влияния на другие части генома.

Для лечения болезни Паркинсона в очередной фазе клинических испытаний генной терапии пациентам введут препарат VY-AADC01, который будет доставлен непосредственно в мозг [13]. Для этого разработчик Voyager Therapeutics начал набор когорты из 20 добровольцев. Ждем результаты!

Интересно, что неврология занимает четвертое место по числу проводимых испытаний генной терапии после онкологии, кардиологии и инфекционных болезней.

Другие неизлечимые болезни

Болезнь Тея-Сакса – генетическое заболевание, из-за которого нарушаются функции головного и спинного мозга. Работа фермента гексозаминидазы А, которого не хватает при этой болезни, заключается в своевременной утилизации ганглиозидов – молекул, которые включает в себя оболочка нервного волокна. В противном случае они накапливаются, и разрушается само тело нейрона.

До настоящего времени специфического лечения болезни разработано не было. Но медики из Массачусетского университета во главе с Мигелем Сен-Эстевесом провели доклинические испытания одного из вариантов лечения болезни Тея-Сакса [14]. И методика, конечно, связана с генной терапией. Исследователи решили доставить (с помощью векторной вирусной частицы) необходимый код для синтеза фермента прямо в мозг пациента, чтобы соответствующие белки принялись за работу и начали синтезировать гексоаминидазу А. В экспериментах на лабораторных животных такой метод позволил повысить уровень фермента в 15 раз по сравнению с контрольной группой. Поэтому использование генной терапии на добровольцах было одобрено.

Первыми пациентами, получившими лечение, стали девочки: первой пациентке было 2,5 года, а второй – семь месяцев. Второй девочке вектор ввели в субарахноидальное пространство (полость между оболочками в головном и спинном мозге) и в таламус (отдел головного мозга), а первой только в субарахноидальное пространство, так как таламус был сильно поражен. Лечение хорошо переносилось и проходило без побочных эффектов. Содержание фермента гексозоаминидазы увеличилось в два раза. В целом общее состояние пациенток улучшилось, хоть и полностью неврологические нарушения не ушли. У первой девочки припадки исчезли. У второй возникли припадки после введения вектора, но на противосудорожных препаратах их удалось полностью купировать. А учитывая, что при болезни Тея-Сакса припадки сложно купируемы и дети не доживают до четырех лет, уже можно говорить об успехе терапии. На момент публикации статьи первой пациентке было 4,5 года [15]. В дальнейшем ученые из Массачусетса планируют увеличить дозу вирусного вектора, несмотря на то что это может вызвать некоторые побочные эффекты. Однако риски оправданы: болезнь смертельна, и приходится выбирать то, что будет максимально выгодным для пациента.

Миодистрофия – это комплекс генетических заболеваний, суть которых в том, что мышечное волокно не может выполнять свою основную сократительную функцию. Причины могут быть различными, как и скорость и симптоматика каждой болезни. Иногда это происходит медленно, но не всегда.

Например, самой известной и распространенной болезнью является миодистрофия Дюшенна. Развивается стремительно и приводит к быстро прогрессирующему параличу. Больные могут не доживать даже до 18 лет. При данной генетической аномалии происходит мутация в гене дистрофина. Этот белок выступает связующим звеном между внеклеточным пространством и сигнальными молекулами. Его функция – координация поступающих сигналов и передача импульса для сокращения волокна. Без него невозможно движение: клетки работают беспорядочно, получая искаженные сигналы, и в результате умирают.

Проблема лечения от миодистрофии