Перспективы генной терапии
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В течение нескольких лет достигнуты определенные успехи в установлении диагноза наследственных заболеваний и их причин. Эти болезни появляются в результате повреждения генов, в закодированной форме содержат всю информацию, необходимую для роста и нормального функционирования нашего организма. Это — носители нашей наследственности: они содержатся в волокнах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), имеющихся во всех клетках живых организмов. Мы не знаем точно, сколько генов есть в теле человека, однако их должно быть около 100 000.
Каждая клетка содержит в себе два образца каждого гена: один — унаследованный от отца, а второй — от матери. Информация, которую они содержат, необходима для изготовления протеинов, необходимых для роста и функционирования организма. Болезнь появляется тогда, когда один из генов поврежден до такой степени, что не может производить протеина, или когда этот последний не действует. Поскольку каждый протеин производится парой генов, то для нормальной жизнедеятельности достаточно, чтобы функционировал даже один из них. В случае болезни оба гена перестают действовать. Речь идет, конечно, о детях, рожденных хоть и здоровыми родителями, но с поврежденным геном одной пары. Подсчитано, что при таких условиях на один счастливый случай приходятся четыре несчастных.
К большому счастью, не все наследственные болезни серьезные. Так, появление, фенилкетонурии, если она обнаружена при рождении, может быть обезврежено с помощью специальной диеты. Фенилкетонурия не имеет ничего общего с тяжелым синдромом Леша-Нихана, что поражает только мальчиков и вызывает у них безумие, которое заставляет их пожирать самих себя. Их следует привязывать к кровати, чтобы они не ели пальцев — что не мешает им набрасываться на губы или на язык. Не будучи все тяжелыми, наследственные генетические болезни изрядно осложняют жизнь, и для большинства из них еще нет эффективной терапии.
НОСИТЕЛИ И РЕЦЕПТОРЫ
В течение последних десяти лет ученым удалось установить много генов, ответственных за эти заболевания, позволяющие применить новую форму лечения: генную терапию, ее принцип заключается в том, чтобы поврежденный ген в клетках пациента заменить здоровым двойником таким образом, чтобы восстановить недостаточную функцию. Идея проста, но ее воплощение в жизнь очень сложное, чем объясняется то, что ее осуществление еще очень ограничено.
Прежде всего, необходимо определить ответственный ген и изолировать его, чтобы собрать всю информацию, необходимую для изготовления соответствующего протеина. Кроме того, нужно иметь максимум генов-заменителей, чтобы вылечить как можно большее количество клеток. Здоровый генетический материал вообще помещается в поврежденные клетки с помощью «носителя», часто происходящего от вируса. Обидно, что многие вирусы стремятся убивать клетки или делать их раковыми. Итак, следует предварительно «ампутировать» вирус генов, ответственных за эти расстроенные действия.
Первые носители, применяемые в генной терапии, происходили от «ретровирусов»: к сожалению, этот тип носителей может проникать только в некоторые клетки, — те, которые не размножаются, исключается из этого числа — и ген, который они передают, действующий очень вяло. Вот почему с недавних пор используются «аденовирусы» или другие типы вирусов, способных проникать в клетки, и при этом не размножатся.
Ученые исследовали многие другие методы, чтобы поместить гены в клетки, например, используя способность отдельных компонентов крови и других органических жидкостей входить в клетки путем взаимодействия с рецепторами, присутствующими на их поверхности. Нужно также, чтобы рецептор был «рецепторным», что свойственно всем клеткам.
Итак, мы представили себе метод, приемлемый для любой клетки, который заключается в том, чтобы завернуть ген в микроскопический пузырь или в «липосом», сделанный из искусственной мембраны, подобной оболочки клетки. Обе мембраны соединяются при столкновении пузыря и клетки, и фокус сделано. Эта технология, по-видимому, нечеткая, однако ее еще недостаточно испытали, чтобы довести ее оперативность. Совсем недавно было замечено, что «обнаженная» ДНК легко проникает в клетки, что может открыть дорогу к еще более простой технологии.
Однако присоединить ген к приспособленному носителю — это только первая стадия генной терапии: остается еще ввести носитель в клетку. Выбор клетки зависит от природы заболевания, вызванного этим генетическим недостатком. Чаще всего, когда вирусы используются как носители, сначала клетки изымают из организма, чтобы развивать их изолированно на стекле, а затем снова ввести их в тело после введения гена. Однако таким образом можно лечить только непосредственно доступные клетки, например, клетки мышц, кожи и крови с использованием указанных выше методов трудности значительно меньше, и ученым, между прочим, удалось ввести гены в клетки печени и легких.
Первой пациенткой генной терапии была девочка, которая лечилась в 1990 году от недостаточности дезаминазного аденозина (ДАД), иммунодефицитной болезни, вызванной недостатком в клетках имунитарной системы основного растворимого фермента для выработки антител. Не в состоянии защитить свой организм от инфекций, девочка была обречена жить изолированно в пластиковом контейнере, не имея возможности ходить в школу или играть с другими детьми. К счастью, клетки, ответственные за болезнь, легко подвергаются изъятию, поскольку они вырабатываются костным мозгом и находятся в крови.
Итак, достаточно было отобрать эти клетки в крови, ввести в них здоровый ген иммунной защиты и снова ввести их в кровь девочки, что и было сделано с прекрасными последствиями: имея теперь действующую иммунную систему, маленькая пациентка, наконец, смогла покинуть свой контейнер и пойти в школу. Досадное в этой разновидности терапии то, что продолжительность жизни измененных клеток относительно короткое и, следовательно, нужно часто обновлять лечение, которое заключается в том, чтобы лечить непосредственно огромные «материнские клетки» спинного мозга, которые живут значительно дольше. К сожалению, их трудно размножать на стекле, включая использование ретровирусов как носителей, и, кроме того, их нелегко изолировать. Какая бы эффективна не была эта терапия, она все еще требует много труда, чтобы ее окончательно разработать.
НАДЕЖДА ДЛЯ ГЕМОФИЛОВ
Благодаря генной терапии медики надеются побороть болезнь гемофилию, которая отмечается склонностью к кровотечениям, вызванным отсутствием фактора свертывания крови, вырабатываемого печенью. В зависимости от дефектного фактора свертывания различают две формы болезни: А и Б. Ученые особенно исследовали форму Б, поскольку ген, отвечающий за фактор свертывания IX, сравнительно небольшого размера, в то время как ген, отвечающий за форму А, значительно больше для имеющихся носителей.
Итак, сначала ученые начали лечить собак, которые также страдали от этой формы гемофилии, применяя ретровирусный носитель инфекции. Было испытано две стратегии для лечения крови животных. Первая стратегия заключалась в культивировании в коже, дерме или мышцах животного клеток, выращенных на стекле, которые ему снова внесли после введения носителя, чтобы они произвели там фактор свертывания в течение многих месяцев, даже в течение неограниченного времени.
Вторая стратегия заключалась во введении того же носителя непосредственно в печень. Поскольку клетки печени не воспроизводятся в нормальных условиях, сначала нужно было сделать хирургическую ампутацию трети органа, чтобы начать восстановительный процесс, а следовательно, размножение клеток. Было также налажено медленное, но постоянное и длительное производство фактора свертывания, которые позволили ликвидировать опасные проявления болезни. Во всяком случае, эти достижения позволяют надеяться, что когда-то медики научатся лечить гемофилию людей генной терапией.
Другой болезнью, которую надеются лечить тем же методом, является муковисцитоз, который поражает клетки, выделяющие слизь, а особенно клетки легких, что создает риск умереть от удушья. Первые результаты показывают, что можно научиться лечить эту болезнь и, возможно, таким простым методом, как генное испарение через носовое распыление.
ПРЕОДОЛЕТЬ РАК
Вот уже на протяжении многих лет исследуют различные формы генной терапии, чтобы лечить рак, который, в конечном счете, является наследственной болезнью, даже если он вообще не передается наследственным путем. Поиски направлены в двух направлениях. Первый метод, который применяется к опухолям мозга, заключается во введении в раковые клетки носителя гена, имеет свойство превращать простые составляющие антигерпесних лекарств в вещество, убивающее клетки. Этот ген впрыскивается в раковую массу с помощью ретровирусного носителя: что значит, что он действует на злокачественные клетки, которые размножаются, а не на здоровые клетки мозга. Опухоли мозга, пересаженные на мышей, смогли вылечиться с помощью этого метода. Препятствием является то, что носитель гена проникает только в отдельные клетки, другие быстро размножаются (даже если яд, который выделяет ген, может двигаться от одной клетки к другой). Во всяком случае, очень нужно увидеть плоды клинических опытов, чтобы определить, эффективен ли этот метод для организма человека.
Другая форма генной терапии, используемая против рака, заключается в усилении защиты организма против опухоли. Главная идея основывается на том, что организм способен, по крайней мере, в отдельных случаях, распознать опухоль как инородное тело, против которого он выделяет антитела, чтобы его уничтожить. У больного этого не происходит, потому что иммунологический механизм нейтрализован. Следовательно, речь идет о том, чтобы реактивировать его, что пытаются сделать двумя способами: при первом способе на стекле выращивают клетки, ответственные за наличие факторов реактивации, затем в них вводится ген, способный выделять вещество, убивающее больные клетки, перед тем, как их снова впрыскивают в организм. Предыдущие опыты на пациентах, пораженных меланомой — раком кожи — позволили уменьшить опухоль кожи и их легочные метастазы.
Другой метод заключается в том, чтобы ввести непосредственно в больные клетки ген, стимулирующий реактивацию клеток, ответственных за имунитарний механизм и таким образом связанных с больными клетками, что в свою очередь поражает раковые опухоли. Иными словами, раковые опухоли превращают в подобие антираковой вакцины. Первые опыты на животных, кажется, обещают успех.
В общем, генная терапия сможет позволить лечить ряд таких случайных болезней, как недостаточность дезаминозного адонезина (ГАА), гемофилию, муковисцидоз и сулит определенные успехи в лечении миопатии, а также ряда других раковых заболеваний. Еще следует достичь определенного прогресса, в частности в введении генов, изоляции и выращивании на стекле клеток-носителей. Однако есть все основания полагать, что эта форма терапии отныне является отборным оружием в лечении болезней, вызванных генетическими аномалиями.
Автор: Ренато Дюльбеччо.