В Научно-технологическом университете «Сириус» разработают первую российскую технологию генной терапии наследственной дистрофии сетчатки — заболевания, при котором люди слепы от рождения или с раннего детства.
Фото: umesh soni / unsplash.com
Фото: umesh soni / unsplash.com
Болезнь считалась неизлечимой. Ученые предлагают точечно вводить в сетчатку глаза препарат со здоровым геном. Проект занял первое место в конкурсе форума «Открытые инновации» Patents Power 2020 и получил поддержку Фонда «Сколково» и компании Bayer.
У больных с наследственными дистрофиями сетчатки (пигментным ретинитом и амаврозом Лебера) мутация генов приводит к гибели светочувствительных клеток сетчатки. От этой болезни страдает примерно один человек из 5–8 тыс. Технология ученых позволит заменить мутировавший ген и предотвратить процесс разрушения светочувствительных клеток. Одного укола будет достаточно, чтобы зрение восстановилось, но терапия поможет лишь на ранней стадии заболевания, пока в сетчатке глаза еще осталось какое-то количество здоровых клеток.
Для проекта ученые «Сириуса» выбрали ген AIPL1, поскольку он вызывает одну из форм наследственных дистрофий сетчатки и при этом достаточно удобен для данной технологии. Сначала в университетских лабораториях будет синтезирована нужная генетическая конструкция. Затем заданный ген «упакуют» в вирусные частицы для транспортировки генетического материала в клетки пациента. Получившиеся частицы пройдут хроматографическую очистку, их проверят на клеточных культурах. К дистрофиям сетчатки приводят мутации примерно в 300 различных генах. Впоследствии генетики смогут разработать целую линейку генно-терапевтических продуктов.
Крупный междисциплинарный проект будет реализован на базе четырех ресурсных центров научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус»: генетической инженерии, биотехнологических продуктов, аналитических методов и доклинических исследований. На одном из этапов к проекту подключатся специалисты-биоинформатики из научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта. Кроме того, участие в исследованиях университета смогут принять российские академические организации и технологические компании, работающие в этом направлении.
Проект рассчитан на два с половиной года. Из призового фонда конкурса Patents Power 2020 на него будут выделены средства для проведения патентных исследований. Результаты доклинических исследований на животных ожидают получить уже в начале 2023 года.
Столь амбициозная разработка стала возможной благодаря наличию в Научно-технологическом университете «Сириус» исключительных компетенций и формированию уникальной лабораторной базы. Первая очередь лабораторного комплекса открыта в конце 2022 года. В распоряжении ученых более 1200 единиц оборудования.
Приборная база включает высокопроизводительные секвенаторы и роботизированную станцию для автоматизации пробоподготовки, рентгеновский дифрактометр, конфокальный и атомный силовой микроскоп, многофункциональные клеточный сортер и цитометр, ЯМР-спектрометр и масс-спектрометр высокого разрешения, фитотроны для выращивания растений, несколько биореакторов различного объема для культивирования клеток бактерий и млекопитающих. И это лишь малая часть того, чем располагает лабораторный комплекс.
Вся инфраструктура лабораторного комплекса интегрирована в образовательные программы: магистратуры и аспирантуры. Научный центр генетики и наук о жизни и Научный центр трансляционной медицины университета «Сириус» сыграют ключевую роль в подготовке кадров для реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019–2027 годы.
Александр Карабельский, руководитель направления «Генная терапия» (научный центр трансляционной медицины Университета «Сириус»), ответил на вопросы «Ъ-Науки»:
— Как работает генная терапия лечения сетчатки?
— Генная терапия наследственных заболеваний сетчатки мало чем отличается от генной терапии других тканей или органов. Чаще всего используют подход, который называется генно-заместительная терапия, при котором коррекция генетического дефекта происходит путем введения функциональной копии гена в клетки пациента с помощью вирусных векторов. Делается это путем инъекции нескольких капель препарата (пара сотен микролитров) в стекловидное тело глаза или в область под сетчатку глаза. Функциональный ген, доставленный в клетки (например, в палочки или колбочки), компенсирует присутствующий нефункциональный ген и таким образом корректирует один из поврежденных внутриклеточных процессов, например цикл световосприятия в сетчатке глаза.
— Как проходит исследование?
— С одной стороны, мы совершенствуем технологию получения генно-терапетических продуктов, с другой — создаем клеточные и животные модели, на которых тестируем их эффективность и безопасность. На самом деле разработка препарата для генной терапии может начаться лишь с момента, когда удается найти точную взаимосвязь между генетическим признаком и его проявлением. Если заболевание связано с изменением последовательности или нарушением работы одного гена (так называемые моногенные заболевания), то есть шанс, что это заболевание можно попробовать вылечить с помощью генно-терапевтических подходов. Именно с момента обнаружения клинически валидированных мишеней (в нашем случае генов, которые отвечают за развитие конкретного заболевания) и начинается работа исследователей, занимающихся получением новых генно-терапевтических препаратов. Но, к нашему большому сожалению, даже обнаружение взаимосвязи «ген — заболевание» не всегда может гарантировать возможность лечения.
— Почему ученые выбрали для проекта именно ген AIPL1? Можно ли было использовать другие гены?
— Помимо гена AIPL1, мутации в котором нарушают работу важного белка, контролирующего структуру молекул цикла фототрансдукции (то есть пути передачи светового и сигнала), и приводят к очень редкому заболеванию — амаврозу Лебера 4-го типа, мы одновременно работаем над еще тремя—пятью генами, мутации в которых приводят к различным нарушениям зрения. Причем в популяции такие мутации встречаются чаще. На самом деле заболеваний, для которых заместительная генная терапия могла бы быть в теории эффективной,— сотни, если не тысячи. Но надо понимать, что каждая мишень (ген) — это отдельный препарат, разработка которого занимает несколько лет поисковых исследований с последующими многолетними доклиническими и клиническими исследованиями, целью которых является подтверждение безопасности и эффективности терапии.
— Опирались ли вы в своих исследованиях на опыт по лечению сетчатки зарубежных компаний, таких как американская Spark Therapeutics или швейцарская Novartis?
— Конечно, мы следим за мировыми трендами в части создания новых биотехнологических препаратов, в том числе за успехами западных коллег в области генной терапии. Однако важной особенностью лекарственных продуктов передовой терапии (к которым и относятся генно-терапевтические препараты) является уникальность каждого продукта, каждой мишени, поэтому разработчику приходится своими силами методом проб и ошибок находить оптимальный уникальный способ лечения генетического нарушения. К тому же, несмотря на достаточно высокую популярность в мире вирусных векторов на основе адено-ассоциированных вирусов, или AAV (как, например, Luxturna), публикуемая информация в доступных литературных источниках не гарантирует воспроизведение результатов в другой лаборатории. Поэтому все этапы, все методы, все улучшения, все идеи приходится реализовывать собственными силами, лишь иногда ориентируясь на опыт коллег, но никогда не рассчитывая на мгновенный положительный результат.
Роман Иванов, директор научного центра трансляционной медицины Университета «Сириус»:
— Безопасно ли такое лечение?
— Вектора на основе адено-ассоциированных вирусов, применяемые в рамках данного проекта, не встраиваются в геном. Поэтому риск мутаций, передающихся по наследству или вызывающих онкологические заболевания, при их применении ничтожен. С подобными вирусами человек встречается постоянно и даже не замечает этого, так как AAV — это вирус-спутник, вирус-сателлит. Но с этим связано и главное противопоказание к применению подобных препаратов. Если у человека есть иммунитет к подобным вирусам, эффективность лечения может быть снижена. Однако в случае внутриглазного введения наличие нейтрализующих антител не является столь большой проблемой, как при системном, внутривенном введении. Необходимости подтверждать отсутствие таких антител до введения препарата в этом случае нет. Также следует отметить, что для генно-терапевтических продуктов, как правило, нет доступных альтернатив, то есть другого способа пациенту вылечиться или хотя бы скорректировать симптомы нет. И с учетом уже подтвержденной сотнями клинических исследований высокой безопасности таких продуктов баланс «риск — польза» для них сильно сдвинут в сторону именно пользы. Что касается доступности — она обеспечивается наличием препарата в стране и его стоимостью. Конечно же, для производимых в России препаратов проблема доступности стоит гораздо менее остро.
— Можно ли будет в будущем подобным образом лечить другие заболевания? Например, лейкоз, деменцию или глаукому?
— Да, такие попытки есть, хотя при этих заболеваниях они еще не привели к значимым успехам. Это связано с тем, что генная терапия пока наиболее эффективна для лечения моногенных заболеваний, но для полигенных или мультифакторных заболеваний (к которым, например, относятся онкологические заболевания) нужны иные подходы. А вот для генной терапии спинальной мышечной атрофии — тяжелого заболевания, приводящего к смерти или инвалидности в раннем возрасте, эффективный зарубежный препарат уже существует, и российские дети получают его благодаря Президентскому фонду «Круг добра». За рубежом одобрены препараты для лечения гемофилии А и В — наследственной патологии свертывания крови. Разработаны препараты, показавшие свою эффективность при нескольких редких заболеваниях, связанных с нарушением обмена веществ. Также хотелось бы отметить успехи генно-клеточной терапии онкогематологических заболеваний (различных видов рака крови). Так называемая CAR-T-терапия — модификация с помощью генно-терапевтических подходов собственных иммунных клеток человека — демонстрирует потрясающие результаты при лечении острых и хронических лейкозов, лимфом, множественной миеломы. При таком типе генной терапии исследователи не корректируют клетки, а придают им новые, уникальные свойства. В случае CAR-T это свойство — специфично распознавать и убивать раковые клетки.
— Как, на ваш взгляд, будет развиваться эта сфера в дальнейшем?
— Создание препаратов для генной терапии редких, так называемых орфанных заболеваний — одно из наиболее активно развивающихся направлений биомедицинских исследований. Однако в силу очень небольшого числа больных (иногда несколько десятков пациентов на всю страну) для доступности таких препаратов необходимы нестандартные решения. Например, за рубежом существует процедура так называемого госпитального исключения, позволяющая применять изготовленные индивидуально для конкретного пациента препараты передовой терапии в условиях стационара без длительных процедур государственной регистрации. Это особенно актуально для препаратов с очень небольшим объемом рынка, где перспективы коммерциализации не всегда очевидны. В странах с развитой регуляторной системой и медицинской наукой проблема лекарственного обеспечения пациентов с редкими и тяжелыми заболеваниями решается использованием последних достижений науки и технологий в интересах больного, основываясь на оценке соотношения пользы и риска для конкретного пациента. Если мы видим Россию именно такой страной, а не просто рынком сбыта фармацевтической продукции, необходимо внедрять соответствующие подходы.