Люди-ГМО: как взломать ДНК и вылечить рак

Биологи научились добавлять и редактировать гены в клетках человека, чтобы лечить болезни, которые до сих пор были неизлечимыми
Врачи говорили, что восьмилетней Эмили Уайтхед из Филипсбурга, штат Пенсильвания, осталось жить считаные дни. Лимфобластный лейкоз бывает настолько острым и стремительным, что сердце или почки могут отказать в любой момент, после того как поставлен диагноз. Эмили стала первым ребенком в клинике при Университете Пенсильвании, участвовавшим в испытаниях нового генного препарата. Все это было два года назад. А недавно Эмили исполнилось десять лет, и врачи не находят у нее признаков рака.
Авторы исследования, в котором принимала участие Эмили, и двух других, представили 9 декабря результаты трехлетней работы, в которой они испытывали противоопухолевые генные лекарства. По сути, врачам удалось запрограммировать белые клетки крови на борьбу с раковыми клетками. «Это поразительно, вы можете взять клетки у пациента и сделать из них клетки, нападающие на опухоль», – этот комментарий доктора Дженис Абковитц, главы отделения болезней крови Вашингтонского Университета, растиражировали все американские газеты.
Только в Америке над генной терапией разных форм рака сегодня работают шесть исследовательских групп, и в общей сложности генное лечение прошли 120 пациентов. В одной из групп все пять взрослых и 19 из 22 детей с острым лимфобластным лейкозом выздоровели, то есть в течение трех лет у них не было рецидивов. Это притом что все пациенты в группе были безнадежными: ни традиционная пересадка костного мозга, ни химиотерапия им не помогали. А тут выздоровели почти все. Результаты аналогичной генной терапии миеломы, лимфомы и хронического лейкоза будут опубликованы на той же гематологической конференции в ближайшую субботу.
В отличие от мучительной химиотерапии, генная терапия состоит буквально из двух уколов: у пациента на сепараторе забирают несколько миллионов белых кровяных телец (Т-лимфоцитов), затем в лаборатории их усовершенствуют и вводят обратно пациенту.
Самое важное, конечно, происходит в лаборатории. Обычные Т-лимфоциты защищают организм от самых разных чужеродных агентов, но не видят раковые клетки, поэтому организм не способен бороться с опухолью. Молекулярные биологи разработали способ встраивать в генетический аппарат Т-лимфоцитов особый ген, который как будто открывает им глаза на настоящего врага, позволяя узнавать и атаковать злокачественные клетки.
Другое смертельное заболевание, о котором сняты и комедии, и драмы, – это тяжелый комбинированный иммунодефицит, лишающий человека защиты от инфекций. На протяжении всей истории человечества дети с этой врожденной болезнью погибали в младенчестве. В 1970–1980 годы такой иммунодефицит лечили переливанием крови, а также с помощью изоляции в герметичных стерильных капсулах – что и вдохновило не один голливудский сюжет. Однако ни то ни другое не было достаточно эффективным. Дэвид Веттер, один из самых известных таких пациентов, провел в герметичном пузыре 12 лет, после чего все равно умер от случайной инфекции.
Есть несколько разновидностей этого сложного заболевания, но во всех случаях его причина заключается в мутации одного-единственного гена. Поэтому уже больше двадцати лет ученые пытаются подобрать геннотерапевтическое лекарство. С разным успехом попытки ввести больному ген, который бы восполнил этот недостаток, ведутся в Англии, Франции, Австралии и некоторых других развитых странах. Это сложная и довольно дорогая манипуляция: необходимо взять у пациента костный мозг, отобрать и культивировать стволовые клетки из него, встроить в них ген, затем ввести обратно пациенту –и все это в абсолютно стерильных условиях. В США, например, лечение одного пациента таким способом стоит от $125 тысяч до $250 тысяч.
Но главная проблема даже не в деньгах. В середине 1990-х клинические испытания во Франции были приостановлены из-за трех случаев лейкемии у пациентов. В Америке FDA приостановила аналогичные эксперименты в 2003 году. И там и там родители больных детей устроили громкие акции протеста, и их можно понять: лейкемию можно вылечить, а такой иммунодефицит – это смертельный приговор. В итоге исследования были возобновлены, и, как позже выяснилось, причина ракового осложнения была в слишком высокой концентрации препарата.
Сегодня врачи научились подбирать безопасную эффективную дозу. В клинических испытаниях, которые проводились в бостонском Центре рака и болезней крови, 8 из 9 детей, страдающих иммунодефицитом под кодовым названием SCID-X1, успешно прошли генную терапию и уже живут обычной жизнью в нестерильном мире.
В обоих случаях – для лечения рака крови и иммунодефицита – используется один и тот же принцип: клетки извлекаются, перепрограммируются и вводятся обратно пациенту. Есть и другой подход, когда генный препарат вводится прямо в организм пациента. Таких препаратов совсем немного. В Европе зарегистрирован только один – Глибера, применяющийся для лечения редкой формы панкреатита, при которой поломан ген, отвечающий за важный фермент поджелудочной железы. В России тоже есть своя разработка – Неоваскулген для лечения недостаточности кровообращения в ногах. Правда, пока этот самобытный препарат одобрен только в России и в международной научной прессе нет ни одного о нем упоминания.
Все существующие сегодня генные лекарства представляют собой ген, который попадает в клетку и может вмонтироваться в ее ДНК (как, например, Глибера), а может просто плавать в ней самостоятельно (как Неоваскулген). Подобные разработки ведутся уже больше четверти века, и в последние годы количество подобных работ перешло в качество, так что, очевидно, новые геннотерапевтические препараты для лечения разных заболеваний теперь будут появляться все чаще.
Краеугольный камень любой генной терапии – это направленная доставка рабочего материала. Пока что у нас нет возможности четко управлять генетическим материалом, который попадает в организм, да еще и упакованным в вирусные частицы. Допустим, если лекарство представляет собой просто кольцо ДНК, он вполне безобиден и в течение нескольких суток разрушается и выводится из клеток. Если же мы вносим ДНК, упакованную в вирус, то он способен встраиваться в собственную ДНК клетки, и это уже серьезнее. В зависимости от того, куда занесет такую вирусную частицу с активным геном, эффект может быть самым разным.
В 2010 году ученым из Университета Айовы и детской больницы Торонто удалось частично восстановить зрение у слепых от рождения пациентов, обладавших мутацией гена RPE65, которая приводит к атрофии сетчатки. «Допустим, делать уколы в глаза мы можем легко, – говорит Сергей Киселев, заведующий Лабораторией генетических основ клеточных технологий Института общей генетики имени Вавилова. – И если препарат должен работать в мышцах, мы его туда можем вколоть. А если, к примеру, причина болезни в том, что ген не работает в клетках мозга или сердца – как быть? При нейродегенеративных заболеваниях лекарство нужно было бы вводить в спинной мозг, но это не так просто. Поэтому, конечно, технологии, когда клетки извлекают и модифицируют в лаборатории, более перспективны».
И один из таких методов применяется сегодня как раз для генной терапии смертельного поражения мозга под названием адренолейкодистрофия. Причина этого необратимого поражения состоит в том, что определенные клетки мозга теряют, грубо говоря, способность к нормальному обмену, и в итоге в них накапливаются токсичные вещества. Чтобы спасти ребенка с этим недугом, директор биотехнологической компании BlueBird Ник Лешли с коллегами разработали один из самых сложных и элегантных методов генной терапии. Культура специальных клеток используется как фабрика, на которой собираются ретровирусные частицы (да, похожие на ВИЧ), с упакованным в них генетическим материалом, необходимым для восстановления обмена веществ в клетках головного мозга. Затем у пациента забирают массу стволовых клеток из костного мозга, в пробирке их обрабатывают вирусом, вирус встраивает в их ДНК недостающий рабочий ген. Затем, когда эти стволовые клетки введут обратно пациенту и они попадут в костный мозг, они начнут делиться и производить здоровые клетки с рабочим нужным геном, которые кровоток отнесет в мозг. Там они и наладят нормальный обмен веществ.
Недавно появилась новая технология, которая позволяет не дополнять, а исправлять собственную ДНК человека. Этот принцип лег в основу стартапа Editas Medicine, запущенного в конце ноября 2013 года в Бостоне. Его авторы планируют разработать новый метод редактирования генома человека с помощью тех принципов, которые в живой природе используют бактерии, чтобы защищаться от вирусов (да-да, бактерии тоже страдают от нападок вирусов, как люди – от гриппа или ВИЧ).
Так вот, в последние два года молекулярные биологи смогли использовать иммунную систему бактерий (CRISPR/Cas) для того, чтобы устранять «опечатки» в ДНК. Это принципиально новый подход к генной терапии, который позволит лечить муковисцидоз, серповидно-клеточную анемию и другие неизлечимые болезни, вызванные выпадением или заменой одной-единственной «буквы» (то есть пары нуклеотидов) в геноме.
«Система CRISPR/Cas использует «направляющие» молекулы РНК, чтобы вычислить местоположение мутации, вырезать и заменить ошибочную «букву» кода на правильную. Этот метод позволяет делать то, что раньше было просто невозможно», – говорит Алексис Бориси, директор Editas и партнер инвестиционной компании Third Rock Ventures. Кроме того, при таком редактировании ДНК ген остается в своем правильном положении на хромосоме, то есть сохраняются все естественные механизмы его включения в работу и выключения.
Три венчурных фонда (среди которых Flagship Ventures) уже вложили в Editas $43 млн. В случае успешного внедрения этого метода в клиническую практику инвестиции принесут на несколько порядков больше – ведь речь идет о многих неизлечимых на сегодняшний день болезнях.