Что такое генная терапия

Группы генной терапии

Генная терапия — это методика, с помощью которой изменяют гены в соматических клетках. По определению Американской ассоциации генной и клеточной терапии, это использование генетического материала для лечения или предотвращения заболеваний, при этом генетический материал — достаточно широкое понятие. 

Что значит изменение генов в соматической клетке? Это может быть как удаление, замена или вставка генетического материала (ДНК) в клетке, так и изменение функционирования гена без изменения исходного генетического кода, то есть «включение» или «выключение» процесса считывания информации и изменение синтеза конечного продукта гена — белка. 

Таким образом, в подходах в генной терапии можно выделить две большие группы: 

1. Прямое изменение последовательности ДНК в клетках с помощью вирус-ассоциированных моделей или техники генной инженерии (например, с использованием специальных «ножниц» CRISPR-Cas9). Изменение генов напрямую всегда требует применения таких сложных конструкций, как вирусы (чаще всего аденовирусная или лентивирусная модель), или систем редактирования генома (так называемых эндонуклеаз и CRISPR-Cas9 — один из вариантов).

2. Изменение функционирования генов с помощью введения генетического материала, которые изменяют синтез белка. К таким препаратам относят антисенс (терапию антисмысловыми нуклеотидами), препараты на основе РНК-интерференции и даже известные мРНК-вакцины от коронавирусной инфекции. В отличие от подхода к изменению генов напрямую, они также косвенно влияют на работу генов, что применяется в лечении множества наследственных заболеваний. Такой подход чаще не требует использования сложных конструкций, что влияет на доступность терапии. 

Объединение всех подходов в генной терапии официально выделяется в направление генной, клеточной и РНК-терапии. К середине 2023 года в мире зарегистрировано более 100 препаратов, из них 24 связаны с редактированием генома клетки. Зарегистрированы препараты в области онкологии, нейромышечных заболеваний, гематологии и иммунологии, а также наследственной дистрофии сетчатки. 

Редактирование генома клетки

Сам процесс изменения генов может проводиться как вне, так и внутри организма человека (ex или in vivo). 

Первые препараты генной терапии, зарегистрированные в мире, представляли собой модифицированные с помощью вирусных векторов стволовые клетки. 

Strimvelis (GSK) — препарат для лечения пациентов с первичным иммунодефицитом — дефицитом аденозиндезамининазы был зарегистрирован в 2016 году. С помощью гамма-ретровирусного вектора в клетки костного мозга (гемопоэтические стволовые клетки) заносился правильный ген ADA (аденозиндезаминазы) для восстановления его функции. После введения модифицированных клеток в организм человека стволовые клетки продолжали дифференцироваться и развиваться в зрелые клетки — лимфоциты, но уже с рабочим ферментом. 

После успеха Strimvelis началось масштабное изучение возможностей вирусных векторов для изменения стволовых клеток и были зарегистрированы первые препараты СAR-T-терапии (Yescarta, Kymriah), а также препараты для лечения спинальной мышечной атрофии — «Золгенсма» и наследственной дистрофии сетчатки — Luxturna. 

CAR-T-клеточная терапия 

Создание СAR-T — крупная историческая веха в развитии генной терапии. Механизм создания препаратов связан с добавлением в лимфоциты человека абсолютно нового материала — искусственно созданных рецепторов (CAR). 

Таким образом, введение генетического материала позволяет дать клеткам новые свойства, а именно распознавание специальных мишеней на опухолевых клетках и их уничтожение. 

Первые препараты на основе CAR-T добавляли в лимфоциты рецепторы, направленные против мишени CD19 (острый лейкоз), но дальнейшие разработки стали включать рецепторы против BCMA (клетки миеломы) и др. 

С появлением зарегистрированных препаратов (Novartis и Gilead) методика производства модифицированных лимфоцитов началась и во многих научно-исследовательских центрах всего мира, включая США, Китай и Россию. 

Препараты CAR-T зарегистрированы в терапии острого лимфобластного лейкоза, В-клеточных лимфом, множественной миеломы, но также ведутся разработки для лечения солидных злокачественных образований (например, глиобластомы, рака печени и поджелудочной железы, рака желудка) и аутоиммунных заболеваний, таких как системная красная волчанка, миозиты, а также воспалительных заболеваний кишечника. Ведутся разработки модификации не только лимфоцитов, но и других клеток иммунной системы, например NK-клеток. 

Лечение наследственных заболеваний

Развитие генной терапии клеток вне организма позволило ученым исследовать возможности генетической модификации in vivo. Первыми зарегистрированными препаратами, которые меняли генетический материал клеток внутри организма, стали препараты «Золгенсма» и Luxturna. 

В обоих препаратах механизм действия основан на использовании конструкций с аденовирусным вектором и функционального гена. В случае «Золгенсмы» с помощью вектора в клетки доставляется «правильный» SMN1 ген, который отвечает за выработку стабильного белка выживаемости мотонейронов (SMN). У препарата Luxturna вводится копия гена RPE65 для восстановления синтеза белка пигментного слоя сетчатки (RPE). Успех терапии зависит от наличия пула живых клеток, на которые еще можно повлиять. 

Ограничением использования таких препаратов является наличие в некоторых случаях у человека иммунного ответа ко многим видам аденовируса (в таком случае введение препарата на основе аденовируса будет неэффективным, так как организм «избавится» от препарата), а также некоторыми особенностями мутаций у пациента и, к сожалению, не все пациенты с заболеванием подходят для лечения. 

Разработка препаратов ограничена моногенными заболеваниями (то есть когда один ген отвечает за развитие заболевания) или же возможностями исправить только один ген. 

Среди зарегистрированных нозологий у данного типа препаратов можно перечислить адренолейкодистрофию, гематологические заболевания (талассемия, серповидно-клеточная анемия, гемофилии), нейромышечные заболевания (спинальная мышечная атрофия и дистрофия Дюшенна). 

Огромным прорывом в создании лекарственных препаратов стало недавнее одобрение препарата Casgevy для лечения гематологических заболеваний, так как впервые генетическая модификация клетки происходит не с помощью вирусного вектора, а с помощью упомянутых ранее эндонуклеаз. Комплекс CASPR-Cas9 точечно вставляет участок РНК в ген BCL11A, что влияет на снижение активности гена и повышение синтеза фетального гемоглобина.    

Развитие терапии с помощью олигонуклеотидов и РНК

Параллельно с развитием технологий редактирования генома в медицине активно развивалось направление изучения возможностей изменения функции гена путем добавления другого генетического материала. 

Особенностью данного типа препаратов является введение последовательности нуклеотидов, которые связываются со схожими участками нуклеотидов в клетке, что в конечном итоге влияет на изменение создания белка через изменение структуры промежуточного участника процесса — РНК.  

Процесс создания белка происходит в несколько этапов: считывание информации с ДНК — создание матричной РНК — синтез белка. Матричная РНК в процессе производства подвергается дополнительным изменениям, обычно из нее убираются ненужные для синтеза белка участки. Изменение структуры матричной РНК позволяет соответственно менять и последовательность конечного белка. 

Например, одобренный  в России препарат «Спинраза» состоит из антисмысловых нуклеотидов, которые связываются со специфичным участком гена SMN2 и влияют на изменение структуры матричной РНК -SMN2 (РНК становится длиннее на один экзон), что влияет на  производство стабильного белка SMN. 

В отличие от «Cпинразы», которая активирует производство белка за счет сохранения экзона в РНК, препараты Exondys51 и Vyondys53, наоборот, влияют на то, чтобы стабильность и производство белка увеличивалось за счет пропуска определенных дефектных экзонов. 

Это новое направление, которое активно развивается и использует молекулы РНК  (так называемых молекул интерферирующих РНК или iРНК ), помогая влиять на функцию генов, то есть «выключая» их работу через блокирование процессов синтеза матричной РНК. 

Первый препарат Onpattro (patisiran) был зарегистрирован в 2018 году для лечения трансретиноевого амилоидоза. А в настоящее время новые препараты уже зарегистрированы для лечения порфирии, оксалатурии и гиперхолестеринемии и активно изучаются во множестве наследственных заболеваний и даже при некоторых приобретенных заболеваниях (например, в лечении артериальной гипертензии). 

Ксения Семиглазова