Генная терапия показала многообещающие результаты в лечении наследственных генетических заболеваний, но главная проблема, которая расстраивает ученых, остается: замена "плохой" ген со здоровым часто является недолгим исправлением. Обычно ген здоровой замены работает всего несколько недель.
Теперь ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи объединил инструмент редактирования генов CRISPR с деактивированным вирусом, чтобы доставить здоровый ген в точное место в организме живых мышей. Что еще более важно, исследователи продемонстрировали, что вставленный ген оставался должным образом активированным у мышей в течение как минимум шести месяцев. По словам исследователей, типичная продолжительность экспрессии этого типа гена составляет от четырех до шести недель. Исследователи закончили эксперимент на шестимесячной отметке для изучения мышей, но сказали, что продолжительность устойчивой экспрессии гена эквивалентна исправлению, которое продлится всю жизнь мышей.
Исследование опубликовано в Интернете в журнале Gene Therapy.
"На протяжении многих лет одним из ограничений генной терапии была трудность достижения долгосрочной экспрессии генов для лечения болезни," сказал старший автор Дэвид Т. Куриэль, MD, Ph.D., профессор радиационной онкологии и биологии рака. "Мы показали долгосрочную экспрессию гена, который лечит дефицит альфа-1-антитрипсина, который является наиболее распространенной формой наследственной эмфиземы. И теперь мы применяем этот метод к гемофилии, генетическому заболеванию, при котором кровь не свертывается должным образом."
На протяжении десятилетий ученые изучали вирусы на предмет их способности доставлять гены непосредственно в клетки. В конце концов, простуда и другие болезни возникают, когда вирусы заражают клетки и внедряют вредоносную ДНК. Чтобы осуществить генную терапию, ученые использовали эту функцию вирусов, делая их безвредными и позволяя им вместо этого доставлять здоровые гены для противодействия болезни.
Например, у пациентов с гемофилией отсутствует ген, регулирующий свертывание крови, что подвергает их высокому риску опасного кровотечения. Недавнее исследование 10 пациентов показало, что вирус (без CRISPR) успешно доставил недостающий ген и помог смягчить симптомы пациентов. Но техника остаётся чем-то вроде «Богородица». Ученые не контролируют, где вирус вставляет ген в код ДНК клетки, что повышает риск нежелательных мутаций.
Но появление технологии редактирования генов CRISPR изменило это. Хотя CRISPR и не идеален, он является точным методом редактирования генома и удобен для пользователя по сравнению с другими точными методами редактирования генов. Его сравнивали, например, с "найти и заменить" функция текстового процессора. Ученые сообщают CRISPR, какая комбинация ДНК "письма" искать в клетке и какую последовательность ДНК заменить или вставить в это место. Задача CRISPR – доставить его в нужное место внутри тела.
Основываясь на своей собственной работе и работе других групп, Куриэль и его команда объединили методы вирусной доставки с CRISPR, чтобы преодолеть ограничения обоих методов. Исследователи используют аденовирус в качестве средства доставки и CRISPR в качестве навигатора и редактора, когда он попадает туда, вставляя желаемый ген в часть генома, которая вряд ли вызовет проблемы.
"Мы нацелили эти вирусы с помощью CRISPR на часть генома, которая называется безопасной гаванью," сказал Куриэль, директор Центра биологической терапии Медицинской школы. "Это тихие части последовательности ДНК, удаленные из более активных областей, и маловероятно, что такое редактирование может причинить вред."
Чтобы максимизировать эффективность и долговечность, Куриэль и его коллеги, включая первого автора Кэлвина Дж. Стивенс, докторант лаборатории Куриела, использовал аденовирус в качестве средства доставки. Было показано, что аденовирус, вызывающий простуду, более эффективен при переносе генов, чем другие вирусы.
Предыдущая работа другой группы включала другой тип вируса для доставки CRISPR и ген для коррекции наследственного заболевания, называемого мышечной дистрофией Дюшенна, на мышиной модели заболевания. Мышечная дистрофия Дюшенна возникает, когда пациентам не хватает белка, необходимого для поддержания структуры мышц.
По словам Куриела, вирус, используемый в экспериментах по мышечной дистрофии – аденоассоциированный вирус – менее эффективен в доставке своего груза, чем аденовирус, используемый в текущем исследовании. Аденоассоциированный вирус сложно продуцировать, и он может нести небольшое количество ДНК. Хотя этого было достаточно для коррекции этого типа мышечной дистрофии, для коррекции дефицита сыворотки крови требуется гораздо более высокий уровень экспрессии генов. Другими словами, скорректированные мышечные белки остаются на некоторое время, но сывороточные белки в крови должны постоянно обновляться. Чтобы поддерживать это постоянное обновление, был выбран аденовирус, потому что он может переносить больше груза. Но к недостаткам аденовируса можно отнести проблемы безопасности.
Мыши в этом исследовании оказались здоровыми на время эксперимента, но остаются вопросы о возможности аденовируса и, возможно, белкового механизма CRISPR, запускающего иммунный ответ. Куриэль и его команда продолжают изучать безопасность и эффективность комбинированных методов аденовируса и CRISPR, прежде всего в улучшении генной терапии гемофилии.