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

целый ряд мыслей о супергероях, сверхспособностях и людях-мутантах. Но в реальности все намного прозаичнее. Мутация в одном и даже в двух генах не превратит человека в супергероя, а лишь изменит какое-то определенное свойство, за которое отвечает этот ген.

Что творят с ВИЧ?

До недавнего времени у человека, который заразился вирусом иммунодефицита, был лишь один вариант терапии – всю жизнь принимать антиретровирусные препараты, чтобы сдержать инфекцию. В 2017 году Лэй Сюй (Lei Xu) из Центра исследований стволовых клеток Пекинского университета и его коллеги провели клиническое исследование, чтобы попробовать создать устойчивость к ВИЧ в клетках крови с помощью CRISPR/Cas9.

Исследователи взаимодействовали с 27-летним пациентом, у которого кроме ВИЧ-инфекции диагностировали еще и Т-клеточ-ную лейкемию. По плану его должны были лечить лучевой терапией, которая убивает существенную часть клеток крови, и пересадка кроветворных клеток ему понадобилась бы в любом случае. Ученые решили совместить лечение с экспериментальной процедурой: после облучения они ввели больному уже отредактированные клетки донора с мутацией в гене CCR5. В этот момент антиретровирусную терапию пришлось прервать, чтобы можно было оценить результат эксперимента.

CRISPR-модифицированные клетки прижились в организме и не вызвали острого отторжения. Через 19 месяцев клетки с мутацией в гене CCR5 все еще можно было найти в крови пациента, причем не только Т-лимфоциты, но и другие клетки крови. Это значит, что отредактированные кроветворные клетки работают полноценно и производят разные типы клеток, у которых мутация сохраняется.

Тем не менее окончательно отредактировать кроветворение пациента не удалось. Среди всех клеток, забранных учеными у пациента для редактирования, внести изменения в геном получилось лишь у 17,8 %. После возвращения в организм новые клетки начали конкурировать со старыми за заселение красного костного мозга. И в течение всего времени наблюдения они составляли лишь 5–8% от общей кроветворной популяции.

Сделать пациента устойчивым к вирусу не удалось: после отмены ретровирусной терапии количество вирусной РНК в крови начало расти, и ему пришлось снова назначить лечение, чтобы инфекция не прогрессировала.

Вместе с тем авторы работы отмечают, что у их исследования есть и позитивный результат. Этот эксперимент сегодня является самым долгим наблюдением за CRISPR-отредактированными клетками в организме человека, и оно показывает, что такие клетки могут быть безопасны. Ученые не обнаружили в клетках никаких незапланированных изменений (следов нецелевого редактирования генома). Клетки также не превратились и в опухолевые, о чем предупреждали некоторые ученые в 2018 году. Таким образом, китайское исследование показало, что CRISPR-модифициро-ванные клетки можно использовать в терапевтических целях без риска для пациента [10].

Мутация CCR5A32 делает Т-клетки человека устойчивыми к заражению ВИЧ. Пересадка костного мозга от донора с мутацией может спасти больного от инфекции, как это было в случае с «берлинским пациентом», а потом с «лондонским», «пациентом города Надежды» и, возможно, «дюссельдорфским» [11–14]. Однако в Европе носителей этой мутации всего несколько процентов от населения, и подобрать полностью совместимого донора довольно сложно. А в некоторых странах (например, в Китае), где носителей практически нет, это и вовсе превращается в невыполнимую задачу.

Еще в 2007 году выяснилось, что есть путь избавления от ВИЧ – приобрести устойчивость вместе с чужими лимфоцитами. Пациенту по имени Тимоти Рэй Браун, которого знают как «берлинского пациента», пересадили кроветворные стволовые клетки от донора с мутацией CCR5A32, а через три года оказалось, что ВИЧ в организме Брауна больше нет. В 2020 году Браун умер от лейкемии.

В марте 2019 года врачи сообщили, что еще один пациент, вероятно, повторил судьбу Тимоти Брауна: его окрестили «лондонским пациентом». Врачи не обнаружили следов ВИЧ в организме пациента в течение более 30 месяцев после пересадки костного мозга. В том же году исследователи сообщили о третьем, «дюссельдорфском», пациенте с ВИЧ и ремиссией после пересадки костного мозга.

В начале 2022 года жительница Нью-Йорка вылечилась от ВИЧ после трансплантации стволовых клеток из пуповинной крови, которая не требует полного генетического совпадения, но имеет мутацию в гене CCR5. Как и у предыдущих пациентов, помимо ВИЧ врачи нашли у нее миеловидный лейкоз, иначе – рак кроветворных клеток костного мозга [15].

Ножницы против

В 2019 году представители компаний CRISPR Therapeutics и Vertex объявили о первом успешном применения CRISPR для лечения наследственных заболеваний. Экспериментальная методика помогла двум пациенткам, одна из которых страдает от бета-талассемии, а другая – от серповидноклеточной анемии [16].

В первой половине 2019 года CRISPR Therapeutics и Vertex для старта клинических испытаний CRISPR-терапии начали набирать в Европе и США добровольцев с наследственными заболеваниями крови. Среди них были две женщины из Германии и США. Хотя их болезни отличаются, обе они связаны с мутациями в гене гемоглобина. При бета-талассемии развивается дефицит эритроцитов, а при серповидноклеточной анемии они приобретают неправильную форму и могут застревать в капиллярах.

Для лечения обеих пациенток исследователи применили один подход. Клетки крови извлекли и отредактировали таким образом, чтобы они вновь начали производить фетальный гемоглобин, который обычно синтезируется только у детей.

Для этого с помощью CRISPR «отредактировали» ген, подавляющий производство «детского» гемоглобина у взрослых людей. Затем при помощи химиотерапии уничтожили старые клетки крови в костном мозге пациенток, а на их место ввели отредактированные.

Процедура значительно облегчила состояние женщин. Например, пациентка с бета-талассемией после лечения смогла несколько месяцев обходиться без переливания донорской крови. До редактирования ей приходилось делать это 16 раз в год и более. Теперь 99,8 % клеток ее крови производили фетальный гемоглобин. У пациентки с серповидноклеточной анемией до лечения сосуды закупоривались дефектными эритроцитами в среднем семь раз в год. Однако в течение четырех месяцев после лечения такого не произошло ни разу: 46,6 % гемоглобина в ее крови относилось к фетальной форме.

Оба случая сопровождались довольно тяжелыми побочными эффектами, включая воспаление легких, боли в животе и образование желчных камней. Исследователи полагают, что это последствия химиотерапии, а не CRISPR.

К июню 2020 года лечение прошли еще несколько человек, и все достигли значимых улучшений [17].

У новых добровольцев ученые также наблюдали успешное приживление отредактированных клеток, они эффективно продуцировали эритроциты после их трансплантации обратно пациенту. У некоторых участников, как и в случае первых двух пациентов, исследователи зафиксировали побочные эффекты, однако их связывают с проведением обязательного курса химиотерапии перед трансплантацией модифицированных клеток.

В конце 2020 года израильские ученые продемонстрировали эффективность технологии генного редактирования CRISPR/Cas9 в лечении метастатического рака. Они разработали новую систему доставки на основе липидных наночастиц, которая воздействует на раковые клетки и разрушает их воздействием на гены