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

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 [18].

«Это первое исследование в мире, доказывающее, что систему генного редактирования CRISPR можно успешно использовать для лечения рака на модельных животных, – заявил профессор Дан Пеер, глава лаборатории точной наномедицины в Университете Тель-Авива. – Следует подчеркнуть, что это не химиотерапия. Нет побочных эффектов, а раковая клетка подвергается такому воздействию, что никогда уже не становится снова активной. Молекулярные ножницы Cas9 отрезают ДНК раковых клеток, нейтрализуя ее и окончательно предотвращая репликацию».

Для того чтобы изучить эффективность применения этой технологии для лечения рака, профессор Пеер и его команда выбрали два вида рака из самых смертельных: глиобластому и метастатический рак яичников.

Глиобластома – наиболее агрессивный тип рака мозга, ожидаемая продолжительность жизни при котором составляет 15 месяцев после постановки диагноза, а выживаемость на протяжении пяти лет – всего лишь 3 %.

Рак яичников – частая причина смерти среди женщин и самый летальный вид рака женской репродуктивной системы. У большинства пациентов заболевания диагностируются на поздней стадии, когда метастазы уже распространились по организму. Несмотря на прогресс в этой области, такой рак побеждает всего треть пациентов.

Ученые продемонстрировали, что всего одна процедура терапии липидными наночастицами и CRISPR удваивает среднюю продолжительность жизни у мышей с глиобластомой, увеличивая шансы на выживание до 30 %. Лечение метастатического рака яичников повысило выживаемость грызунов до 80 %. Исследователи отмечают, что такие результаты при лечении этих двух агрессивных видов рака открывают множество новых возможностей для использования технологии при борьбе с другими видами рака.

В 2020 году технология получила особое признание, нобелевскими лауреатами по химии стали Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье. Премию присудили за развитие метода редактирования генома CRISPR/Cas9 [19].