В Университете «Сириус» разрабатывают препараты генной терапии для лечения наследственного слабовидения
Марианна Винер, врач-офтальмолог, доктор медицинских наук, ведущий проектный менеджер Университета «Сириус», руководитель научно-клинического центра «Офтальмик» и Александр Карабельский, кандидат биологических наук, руководитель направления «Генная терапия» Университета «Сириус», рассказали, как работает генная терапия.
Небольшое пояснение. Если слепота — это полная утрата зрения, неспособность ориентироваться в окружающей обстановке, то при слабовидении острота зрения составляет 0,05-0,2. Слабовидящие люди могут пользоваться зрением.
— Марианна Евгеньевна, что это за болезнь — наследственная слабовидение?
— Вообще, наследственное слабовидение — это обширная группа болезней, включает в себя примерно 300 различных форм. Встречается оно довольно редко, примерно у одного из 3-5 тысяч человек. Поэтому лекарства от него разрабатывать очень дорого и довольно долго приходится набирать группу пациентов для клинических исследований.
Что такое сетчатка глаза? Это тонкий светочувствительный листок из нескольких слоев клеток, выстилающий глаз изнутри. Чтобы зрение было хорошим, нужно, чтобы свет воспринимался правильно, для этого должна слаженно работать мозаика примерно из 300 частей. Каждая часть, как шестеренка, играет свою очень важную роль в том, чтобы воспринять свет, передать его в мозг и обработать, увидев, что вокруг человека находится. При дистрофии сетчатки части «мозаики» выпадают. Еще 20-25 лет назад диагноз «дистрофия сетчатки» был приговором.
20 лет назад анализ ДНК стал постепенно входить в медицинскую практику, а около 5 лет назад он стал относительно широко доступен и в России. Сейчас мы советуем проводить его всем пациентам, если есть показания. Когда мы узнаем причину, нам становится понятно, насколько быстро пациент будет терять зрение, будет ли такое заболевание у его детей или внуков-правнуков, какие методы лечения подбирать.
Сейчас уже есть 3-5 видов дистрофии сетчатки, которые поддаются эффективному лечению. Не всегда это генная терапия. Иногда помогают и простые препараты, например, препараты железа, если заболевание связано с неправильным метаболизмом этого элемента в организме, что тоже генетически обусловлено. Поэтому, чем больше мы знаем о причине, тем больше у нас арсенал инструментов помощи.
Существует около 50 различных клинических диагнозов, в результате которых страдает только сетчатка или сетчатка и другие органы (головной мозг, почки, зубы, кости, эндокринная система, репродуктивная система, слуховой и вестибулярный аппарат и др.): болезнь Штаргардта, синдром Ашера, пигментный ретинит, болезнь Барде-Бидля и т.д. Но иногда ставят диагноз: астигматизм или амблиопия. И с этим отпускают человека без рекомендаций дальнейшего обследования и лечения.
Если вам поставили один из этих диагнозов, то, пожалуйста, не останавливайтесь на нем, консультируйтесь у разных специалистов. Потому что если диагностирована амблиопия, то нужно четко знать, почему развилась именно она. Амблиопия — это такой общий диагноз, который означает, что глаз «ленивый», не смотрит на все 100%. И зачастую дистрофию сетчатки выявляют после дополнительного обследования.
Также важно различать центральные и периферические дистрофии сетчатки. Если выпадает только центральное зрение, то социально человек остается более адаптированным, чем при потере периферического зрения, что приводит к травмам и зачастую неспособности обслуживать себя в быту. Важно диагностировать заболевание и генетический риск его возникновения вовремя.
— Существуют ли эффективные способы лечения слабовидения?
— Оно в любом случае лечится плохо. Наиболее эффективным способом борьбы с ним является его предотвращение. Поэтому если у вас падает зрение, ни в коем случае, не откладывайте поход к врачу.
На сегодняшний день предпринимаются попытки найти эффективные способы борьбы со слабовидением. К ним относится не только генная терапия, но и другие виды терапии, и зрительные протезы, которые встраиваются либо в сетчатку, либо в головной мозг. Но все же биологические методы, имеют больший потенциал для сохранения и естественного восстановления зрения.
Сейчас, если разделять все подходы к лечению, они делятся на три большие группы: протезы, клеточная терапия и генная терапия. Генная терапия хороша, когда мы знаем точную причину заболевания. Это примерно 80% случаев.
— Что происходит с больным геном в процессе его замены здоровым?
— Поломка гена (мутация в нем) может привести к тому, что правильный белок либо не синтезируется вовсе, либо не выполняет свою функцию, но при этом он никак не влияет на метаболизм клетки. Для генетической коррекции достаточно доставить в клетку нормальный ген (без поломки) и обеспечить считывание информации с него (экспрессия). Такая стратегия называется заместительной генной терапией. Намного более сложной является ситуация, когда поломка в гене приводит к синтезу и накоплению в клетке неправильного белка, который нарушает жизнедеятельность клетки. В этом случае кроме добавления здорового гена необходимо деактивировать некорректный ген либо продукт его экспрессии — некорректный или токсичный белок .
Одним из возможных способов избавления от нежелательного белка в клетке является технология нокдауна (knock-down), в ходе которой в клетку доставляют генетические элементы, способные влиять на процесс считывания генетической информации с гена, что приводит к снижению концентрации токсичного для клетки продукта. Однако в этом случае мутантный ген в геноме клетки остается.
Для изменения последовательности (редактирования) или выключения неправильного гена в геноме или нокаута (knock-out) активно используют высокоточные нуклеазы (ферменты, способные расщеплять последовательность ДНК в нужном для исследователя месте), как, например, систему CRISPR/Сas. С нуклеаз можно нарушить последовательность некорректного гена для его выключения, либо даже попытаться встроить в необходимый участок гена последовательность ДНК уже без мутации за счет доставки в ту же клетку здоровой копии гена (матрицы), которая будет встраиваться в область, разрезанную нуклеазой, за счет работы внутриклеточных систем репарации ДНК.
— Александр Владимирович, где вы берете здоровый материал для препаратов?
Здоровый материал в нашем случае — это правильная последовательность ДНК. Ее довольно легко синтезировать из небольших фрагментов ДНК в обычной молекулярно-генетической лаборатории. Копия здорового гена с помощью спектра генно-инженерных и биотехнологических методов помещается в вирусный вектор, который и доставляет этот ген в целевые клетки после инъекции вектора под сетчатку глаза или в стекловидное тело. В качестве основы для вектора достаточно часто используют небольшие (20 нм в диаметре) адено-ассоциированные вирусы, которые не являются патогенными для человека, а в случае препаратов для генной терапии и вовсе лишены возможности к репликации (т.е. не могут размножаться в клетках человека). Цель такого вирусного вектора — только доставка здоровой копии гена.
— Как препараты будут доставляться к цели?
Способ доставки будет зависеть от типа препарата, заболевания, используемой технологии, терапевтического гена. Инъекция будет осуществляться шприцом непосредственно в сетчатку (точнее – под сетчатку), либо внутрь глаза (интравитреально), либо к зрительному нерву. В растворе для инъекции объемом 200-300 мкл будут находиться сотни миллиардов частиц – вирусных векторов с терапевтическим геном внутри.
В качестве основы для вектора будут использованы адено-ассоциированные вирусы (AAV), которые уже доказали свою безопасность и эффективность в многочисленных клинических исследованиях. Два генотерапевтических продукта на основе AAV уже есть на рынке. Это препарат для лечения одной из форм слабовидения — амавроза Лебера, обусловленного поломкой в гене RPE65 — Люкстурна™ (был зарегистрирован в США в 2017 году), и препарат для лечения смертельного генетического заболевания для младенцев — спинальной мышечной атрофии 1 типа — Золгенсма® (зарегистрирован в 2019 году).
В первую очередь мы будем фокусироваться на рецессивных заболеваниях, когда обе копии гена у человека сломаны и при которых заместительная генная терапия будет максимально эффективной.
— Марианна Евгеньевна, как прогнозируются побочные эффекты препаратов генной терапии?
— С учетом того, что некоторые препараты уже применяются в клинической практике, общий спектр возможных побочных эффектов генной терапии ясен. В первую очередь это интраоперационные побочные эффекты (возникающие в процессе операции или сразу после нее), связанные непосредственно с процессом инъекции: отслойка сетчатки, внутриглазное кровоизлияние, повышение внутриглазного давления и внутриглазное воспаление. Подобные осложнения наблюдаются приблизительно в 30% случаев при инъекции под сетчатку. Но даже не смотря на серьезность побочных эффектов, с которыми удается справиться в 80% случаев, улучшение зрения пациента от успешного лечения значительно превышает интраоперационнные риски.
К отсроченным побочным эффектам может относиться иммуногенность — ответ иммунной системы организма на внедрение чужеродного материала (вирусной частицы, терапевтического гена и от продукта его экспрессии). Однако у глаза есть так называемая иммунопривилегированность. Иммунный ответ глаза в десятки раз меньше, чем если бы мы вводили препарат внутривенно. Поэтому в офтальмологии иммуногенность ниже, но исключать ее нельзя.
Есть еще так называемый off-target effect — эффект от нецелевого встраивания или от нецелевого редактирования. Использование AAV позволяет максимально избежать подобных нежелательных явлений, т.к. AAV векторы относятся к не интегративным векторам (т.е. ДНК молекулы AAV-вектора с терапевтическим геном не встраиваются в геном, а существуют в ядре клетки сателлитно). В теории неправильная или случайная интеграция может привести к новообразованию. Но здесь, опять же, офтальмологам повезло: если такое происходит, то это относительно легко отследить на ранних стадиях и исправить с помощью лазера. Поэтому риск развития онкологических заболеваний после генной терапии , в особенности с помощью AAV-опосредованной доставки терапевтических генов, крайне низок.
— На каком этапе сейчас находятся разработки?
— Разработки находятся на раннем этапе — проверке концепта. Мы получаем AAV-частицы и собираем доказательства того, что они способны осуществлять свой целевой функционал, т.е. доставлять терапевтические гены в нужные клетки и обеспечивать их экспрессию (считывание информации). Это важный этап, который предшествует доклиническим исследованиям на животных и клинической фазе — оценке безопасности и эффективности на людях.
— Возможно ли будет с помощью разрабатываемых препаратов изменить наследственность?
— С помощью тех препаратов, которые создаем мы, точно нет, т.к. во первых, мы не редактируем геном, а, во-вторых, мы применяем генотерапевтические подходы на соматических клетках, а не на половых.
— Чем генная терапия отличается от редактирования генома?
— При редактировании генома происходит исправление конкретной последовательности ДНК в ядре клетки и это изменение сохраняется в геноме в процессе клеточного деления. В отличие от технологий редактирования технология, разрабатываемая в Университете «Сириус», нацелена на доставку правильных копий гена в ядро без воздействия на геном.
Автор текста: Светлана Соколова