Генная терапия
Обновлено: 28.04.2024
Генная терапия предназначена для лечения генетических дефектов путем введения корригированной копии мутантного гена. Однако, в отличие от классического лекарственного лечения, генная терапия является подходом, высокоспецифичным в отношении больного и заболевания. Трансген как таковой должен быть адаптирован к каждому специфическому подходу и медицинской цели. С 1989 по 2009 гг. были одобрены 1537 клинических испытаний в области генной терапии с применением 35 различных типов векторов. Кроме того, с одной стороны, генно-терапевтический подход позволяет достичь эффективной долгосрочной коррекции генетического дефекта, а с другой стороны – несет опасность побочных эффектов. Ряд работ по лечению тяжелого комбинированного иммунодефицита, сцепленного с Х-хромосомой, показал развитие у нескольких больных лимфопролиферативных заболеваний в связи с инсерционным мутагенезом. Такие побочные эффекты, наряду с иммуногенностью, передачей генетических последовательностей, а также токсичных и инфекционных побочных продуктов, связанных с приготовлением вектора, делает необходимой строгое регулирование их применения со стороны властей. Соответствующие правила могут быть определены лишь в общих понятиях, и нельзя создать единый документ, пригодный для конкретной цели и индивидуального использования каждого продукта.
Встраивающиеся векторы, дефектные по репликационным свойствам, основанные на гамма-ретровирусах, часто применялись в исходных протоколах генной терапии, и их опасность может обсуждаться в качестве примера, в частности, инсерционный мутагенез, который возникает во многом из-за случайного характера встраивания вируса по отношению к целевым генным локусам. Кроме того, могут быть вызваны и генотоксические эффекты, в основном связанные с дизрегуляцией активности нормальных генов при введении регуляторных элементов в составе вектора. Другой крупной проблемой вирусного переноса генов является их «вертикальный» перенос в зародышевых клеточных линиях, в частности, через пролиферирующие сперматогониальные клетки, которые могут быть мишенью для гамма-ретровирусных векторов.
Для того, чтобы упредить эти опасности, регулирующая система должна уточнить единообразные требования для того, чтобы обеспечить соответствия между стандартами качества и, тем самым, гарантировать безопасность участников испытания. Данная статья суммирует наиболее важные регулирующие документы, которые следует учитывать до вхождения в фазу клинической разработки – не только для Германии, но и в европейской перспективе. Приводятся ссылки на применимые для этого руководящие указания в отношении генно-терапевтических медицинских продуктов (ГТМП), с соответствующими определениями для таких продуктов.
Производство ГТМП должно согласовываться с требованиями Директивы Европейского Союза 2003/94/EC о качественной практике производства (GMP). В Германии эта практика регулируется Предписаниями по производству медицинских продуктов и активных фармацевтических ингредиентов (AMWHV). Важно, чтобы особые аспекты безопасности в отношении ГТМП учитывались до использования этих продуктов в клинике. В любом случае, регулирующие указания имеют в своей основе: (1) имеющиеся научные знания, (2) научный опыт в данной области исследований, и они возникают в результате постоянного взаимодействия между исследователями и экспертами в области регулирования.
Ключевые слова
клинические испытания, генная терапия, побочные эффекты, регулирующая система, ретровирус
Генная терапия
Введение нормальной ДНК в клетки человека может осуществляться с использованием нескольких методов.
Трансфекция вируса
В одном методе используется вирус, поскольку определенные вирусы обладают способностью вставлять свой генетический материал в ДНК человека. Нормальная ДНК вносится в вирус посредством химической реакции, а затем этим вирусом заражают (трансфицируют) клетки человека, что приводит к перемещению ДНК в ядра этих клеток.
Одним из опасений при вставке с использованием вируса является потенциальная реакция на вирус, аналогичная инфекции. Другим опасением является то, что новая нормальная ДНК может «потеряться» или у нее не получится внедряться в новые клетки через некоторое время, что приведет к рецидиву генетического заболевания. Кроме того, к вирусу могут вырабатываться антитела, вызывающие реакцию, аналогичную отторжению пересаженного органа.
Липосомы
В другом методе генной вставки используются липосомы, микроскопические мешочки, содержащие ДНК, которые всасываются клетками человека, доставляя, таким образом, свою ДНК в ядро клетки. Иногда этот метод не работает, поскольку липосомы не всасываются в клетки человека, новые гены не функционируют должным образом, или же новые гены просто теряются.
Методика с использованием антисмысловых нуклеиновых кислот
Другой метод генной терапии использует антисмысловые нуклеиновые кислоты. При методике с использованием антисмысловых нуклеиновых кислот нормальные гены не вставляются. Вместо это просто отключаются функции патологических генов. При применении методики с использованием антисмысловых нуклеиновых кислот лекарственные препараты соединяются с определенными фрагментами ДНК, предотвращая функционирование затронутых генов. Методика с использованием антисмысловых нуклеиновых кислот в настоящее время оценивается в качестве противораковой терапии, но все еще находится на стадии экспериментов. Тем не менее, эта методика обладает потенциалом большей эффективности и безопасности в сравнении с терапией генной вставкой.
Химическая модификация
Другим подходом генной терапии является повышение или снижение активности определенных генов посредством изменения клеточных химических реакций, которые контролируют экспрессию генов. Например, изменяя химическую реакцию под названием метилирование, можно изменять функцию гена, что приводит к повышению или снижению выработки определенных белков или же к выработке белков других типов. Такие методы в настоящее время проходят экспериментальную оценку при лечении определенных типов раковых заболеваний.
Трансплантационная терапия
Генная терапия также исследуется экспериментально в трансплантационной хирургии. При изменении генов в пересаженных органах, чтобы сделать их более совместимыми с генами получателя трансплантата, у получателя трансплантата органа снижается вероятность отторжения пересаженного органа. Таким образом, получателю трансплантата может не требоваться прием лекарственных препаратов, подавляющих иммунную систему, которые могут вызывать серьезные побочные эффекты. Тем не менее, в настоящее время такой тип лечения обычно не является успешным.
CRISPR-CAS9
CRISPR-CAS9 означает короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами — CRISPR-ассоциированный белок 9. CRISPR-CAS9 — это инструмент редактирования гена, который обеспечивает точный разрез в цепи ДНК, а затем происходит нормальный процесс репарации ДНК для включения в ДНК вновь вставленного гена. Эта технология все еще находится на экспериментальных стадиях, но уже применялась на нескольких эмбрионах человека в качестве попытки устранения генетического дефекта.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это — пользовательская версия ВРАЧИ: Нажмите здесь, чтобы перейти к профессиональной версии
Авторское право © 2022 Merck & Co., Inc., Rahway, NJ, США и ее аффилированные лица. Все права сохранены.
Генная терапия: шанс или фантастика?
Всего врачи и ученые выделяют три группы болезней:
О природе наследственных заболеваний
- Наследственные заболевания — проще говоря, болезни, вызванные нарушениями в последовательности ДНК. Появление болезни почти не зависит от окружающей среды, но у разных людей может отличаться степень проявления симптомов. К таким болезням относят спинально-мышечную атрофию, муковисцидоз, гемофилию и т.п.
- Мультифакториальные болезни — в их основе лежит взаимодействие генетических и средовых факторов. Факторы, заложенные генетикой, могут вызвать болезнь при определенных внешних воздействиях. Например, если длительно нарушен режим сна или питание. К этому типу относят сахарный диабет, артериальную гипертензию, бронхиальную астму и даже некоторые формы ожирения.
- Болезни, возникающие только из-за внешних факторов. То есть инфекции, травмы и т.п. Генетические факторы могут влиять на течение болезни, скорость восстановления и т.д.
100 лет генетических исследований привели к тому, что в конце XX века раскрыли наследственный характер многих заболеваний. Генную терапию применяют или планируют применять для лечения первых двух групп болезней.
Генная терапия — это метод лечения заболеваний путем введения пациенту здоровых генов вместо недостающих или поврежденных.
Пока генная терапия применяется редко, поэтому терапия генетических болезней включает только облегчение симптомов. Главный принцип здесь — оттянуть время наступления тяжелых последствий за счет подавления некоторых процессов в организме.
Например, боковой амиотрофический склероз (БАС) поражает моторные нейроны в головном и спинном мозге. БАС проявляется в зрелом возрасте и развивается стремительно — за 2-3 года болезнь может привести к смерти. Со временем ухудшается работа всех мышц, в том числе дыхательных и глотательных. Существенно замедлить развитие болезни помогает препарат «Рилузол», он способен увеличить время до наступления необратимых последствий. Он воздействует именно на нейроны, но не влияет на «дефектный» ген.
Подобные лекарства существуют и для некоторых других наследственных болезней, но они лишь замедляют негативные последствия мутации гена. С подачи СМИ в обществе их называют лекарствами от этих болезней. Но всё-таки нельзя говорить о полном излечении.
Генная терапия — очень молодая сфера и, к сожалению, пока невозможно сказать, есть ли абсолютно безопасные способы заменить бракованный ген. Но успешные примеры уже есть.
Например, с 2019 года в США и Европе используется препарат «Золгенсма» для генной терапии спинально-мышечной атрофии (СМА). Эта болезнь постепенно приводит к полной атрофии мышц, без лечения человек не может даже глотать и дышать самостоятельно.
1 укол способен избавить ребенка от СМА
ДНК часто сравнивают с программным кодом. Один знак может сделать так, что программа просто не будет работать. Замени этот знак на правильный — и все будет работать как надо.
Но как заменить участок ДНК у живого человека?
Вирусы: угроза или перспективное лекарство?
В мире есть такие микробы, которые умеют встраивать собственный геном в ДНК клеток других организмов — это вирусы. Последние 30 лет ученые активно пробуют «приручить» вирусы. Генная терапия как раз один из способов.
Некоторые вирусы способны проникать в клетки организма человека и встраивать свои фрагменты в участки ДНК клеток хозяина. Так они дополняют программный код, после чего клетка становится «заводом» по производству новых вирусов, заражающих все больше соседних клеток.
Ученые попробовали использовать такие вирусы и части их белковой оболочки для доставки нужной последовательности ДНК в организм.
Для этого в образцы ДНК человека внедряют нужную последовательность гена и вводят внутривенно с помощью ретровирусного вектора — безопасного вируса, адаптированного специально для этой цели.
1990 — год проведения первой генной терапии
Первым пациентом генной терапии стала Ашанти ДеСильва — в два года ей диагностировали ТКИД (тяжелый комбинированный иммунодефицит). Операция по вирус-опосредованному переносу гена произошла в возрасте 4 лет. После этого требовались дополнительные операции и процедуры, но девочка смогла жить полноценной жизнью. Лечение происходило под руководством Уильяма Андерсона — американского врача-генетика, которого позже называли отцом генной терапии.
Вирус всё ещё наш враг
Успешные операции Андерсона подарили надежду другим ученым и медикам. За 30 лет провели испытания генной терапии других наследственных заболеваний.
На пути многих из них вставал главный защитник человека — иммунная система. Ведь именно она защищает организм от вирусов, а для доставки нужной ДНК используется как раз белковая оболочка вируса. Ученые пока не нашли способ замаскировать полезный вирус, чтобы он обошел иммунитет.
Возникают и другие проблемы. Например, французский эксперимент стал причиной развития лейкемии вследствие генной терапии. На лабораторном этапе данное действие невозможно было предсказать. Подобные проблемы возникают при исследованиях и в других областях.
Что уже можно вылечить с помощью генной терапии
Генная терапия — это лекарство XXI века, поэтому пока у нас нет данных многолетних исследований. Почти все пациенты — дети, некоторые уже стали подростками, и лишь единицы теперь взрослые люди. Практически каждый случай — это научное исследование и медики продолжают вести наблюдения. При такой небольшой выборке трудно делать далекоидущие выводы.
$ 2 000 000 — стоимость одной инъекции Золгенсма
- Препарат Золгенсма может избавить ребенка от спинально-мышечной атрофии. Его целесообразно использовать при лечении СМА у детей до 2 лет (или весом до 21 кг). После такого лечения дети имеют все шансы не только обслуживать себя, сидеть, но также стоять прямо, и даже ходить.
- Для лечения ТКИД используют препарат Стримвелис. Его используют, если не удалось найти подходящего донора костного мозга. Согласно исследованиям, он может спровоцировать аутоиммунные реакции.
- Препарат Лукстурна используется для генной терапии наследственной дистрофии сетчатки глаза. Эта болезнь может привести к полной слепоте. Первичная потеря зрения в детстве или подростковом возрасте необратима. Но благодаря Лукстурне, у таких пациентов появился шанс.
Геном по заказу
В 2015 году мир потрясла новость о том, что американка Элизабет Перриш провела эксперимент над собой, введя препарат, который в теории может предотвратить старение. А в 2018 году китайский врач Хэ Цзянкуй рассказал, как модифицировал геномы человеческих эмбрионов, чтобы те стали невосприимчивы к ВИЧ-инфекции, которую диагностировали у их отца.
Оба этих случая подвергаются сомнению, поскольку они не сопровождались научными публикациями, а представлены по факту через СМИ.
Книги о генетике для начинающих и продвинутых
При виде таких новостей возникает соблазн «отфотошопить» свой геном или собрать ДНК своих детей, подобно конструктору. Разумеется, из самых благих целей.
Но тут встает целый ряд этических вопросов, и у общества нет однозначного ответа на них в данный момент. Например, долгое время действовал запрет на эксперименты над человеческими эмбрионами — можно было выращивать зародыши только до 14 дней. Но в 2021 году Международное общество исследования стволовых клеток (ISSCR) разрешило принимать индивидуальное решение о продолжении опытов после этого срока в каждом конкретном случае.
На сегодняшний день даже непонятно, какой ген унаследуют дети тех, кто принимал препараты, разрешенные сегодня для генной терапии. Не говоря уже о косметической генной терапии.
Чем может помочь врач-генетик?
Сегодня у людей есть возможность узнать, что они являются носителями генетического заболевания, которое может проявиться во взрослом возрасте, или такой болезни, которая угрожает их будущим детям. Предупредить риски развития и передачи таких наследственных заболеваний можно с помощью Генетического теста Атлас.
Что такое генная
терапия?
Для лечения генетического заболевания, по-видимому, следует устранить его основную причину — неправильно функционирующий ген, ведь так? Это логическое умозаключение побудило начать первые исследования в области генной терапии более 50 лет назад. В настоящее время возможности применения генной терапии при разных генетических болезнях изучаются в ходе множества клинических исследований, в которых оцениваются ее потенциальные риски и преимущества. Генная терапия способна стать инновационным методом лечения некоторых генетических болезней и дать надежду людям, ухаживающим за такими пациентами.
ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ НАЦЕЛЕНА НА УСТРАНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МУТАЦИЙ
Простыми словами, генная терапия в настоящее время изучается в клинических исследованиях как новый метод, заключающийся в использовании генов для лечения или профилактики болезней.
ИССЛЕДУЕМЫЕ МЕТОДЫ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ
Генная терапия на основе переноса генов
genes to treat or prevent disease. -->
В настоящее время изучается несколько методов генной терапии. Генная терапия может заключаться в попытке «починить» или заменить мутировавший ген, отключить мутировавший ген, вызывающий проблему, либо встроить в клетки нормально функционирующую копию гена, что поможет организму вырабатывать полноценный белок .
Генная терапия ex vivo
- С помощью метода генной терапии, который называется переносом генов, нормально функционирующий ген встраивается в клетку в расчете на то, что он будет работать взамен мутировавшего гена. Сейчас изучаются разные методы переноса генов — с помощью вирусов, а также химических и физических факторов. Новый ген доставляется внутрь организма (in vivo) с помощью системного метода введения, обычно путем внутривенной инфузии. При этом исходный генетический материал, который находится в хромосомах , не меняется. Это означает, что мутировавший ген сохраняется в генетическом материале клетки и может передаваться потомству.
- При генной терапии ex vivo процедура переноса генов происходит вне организма и представляет собой разновидность клеточной терапии. Сначала неправильно функционирующие клетки извлекаются из организма с помощью биопсии. В лабораторных условиях в эти клетки встраивается нормально функционирующий генетический материал, после чего «исправленные» клетки возвращают в организм пациента.
- При редактировании генов в исходную ДНК пациента вносятся изменения. Эта технология открывает возможность коррекции исходной ДНК либо встраивания нового гена в конкретное место ДНК. Сейчас изучаются методы редактирования ДНК с помощью цинковопальцевых нуклеаз и CRISPR (коротких палиндромных кластерных повторов).
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕДУТСЯ НА ПРОТЯЖЕНИИ ВОТ УЖЕ БОЛЕЕ 50 ЛЕТ
Исследования в области генной терапии как потенциального метода лечения ведутся вот уже более 50 лет. В прошедшем десятилетии FDA и EMA (Европейское агентство по лекарственным средствам) одобрили методы генной терапии для лечения генетических заболеваний. В настоящее время проводится множество клинических исследований по изучению возможностей применения генной терапии при разных генетических заболеваниях, включая гемофилию A и B, однако на сегодняшний день не получено убедительных доказательств ее безопасности или эффективности.
Чтобы узнать о планируемых, текущих и уже завершившихся исследованиях генной терапии, посетите сайт ClinicalTrials.gov
ОСНОВНЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ НА ПУТИ РАЗРАБОТКИ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ
1984 — Д-р Гордон Вехар (Gordon Vehar) опубликовал статью, в которой сообщил об успешном клонировании фактора VIII
1999 — В ходе раннего испытания генной терапии с применением вирусного вектора, созданного не на основе аденоассоциированного вируса (ААВ) , установлен риск возникновения тяжелой иммунной реакции на введение вектора; сделаны соответствующие выводы
2005 — Первое исследование генной терапии при гемофилии B с применением технологии переноса генов с помощью ААВ-вектора
2015 — Первое исследование генной терапии при гемофилии A с применением технологии переноса генов с помощью ААВ-вектора
2017 — В США впервые одобрена генная терапия для лечения генетического заболевания, вызывающего слепоту
Перспективы — В настоящее время проводятся исследования разных методов генной терапии для лечения различных генетических заболеваний
Генная терапия
Генная терапия уже показала себя достаточно эффективным и безопасным методом лечения многих заболеваний, но пока остается малодоступной для широкого применения во врачебной практике. На симпозиуме «Генная терапия», который прошел 28 апреля в рамках саммита «Большие вызовы для государства, общества и науки», ученые обсудили проблемы, стоящие перед научным сообществом в этой области.
Модератор симпозиума Александр Карабельский, руководитель направления «Генная терапия» Университета «Сириус», сделал краткий обзор методов и технологий, применяемых в этой области. Он отметил, что генная терапия хорошо работает при лечении моногенных заболеваний, которые наследуются по аутосомно-рецессивному типу. В таких случаях может проводиться заместительная терапия, когда здоровый ген доставляется в нужную ткань. Мы можем заниматься редактированием генов, контролировать экспрессию с помощью разных подходов, а также заниматься рекомбинацией генов.
«Но как применять генную терапию при заболеваниях с другим типом наследования пока не очень понятно», - признался А.В. Карабельский.
Проблемным является и производство генотерапевтических лекарств для широкого применения. Выбор векторов вирусов для генной терапии зависит непосредственно от ее цели, универсального вектора не существует: «Один ген – один продукт». Поэтому каждый раз требуется полный, а значит и более ресурсозатратный, цикл разработки лекарств: от идеи до выпуска, - подчеркнул Александр Карабельский.
Павел Гершович, директор департамента разработки генотерапевтических препаратов BIOCAD, рассказал про перспективы использования векторов на основе AAV в терапевтических целях. В своем выступлении он тоже отметил высокую стоимость производства генотерапевтических препаратов.
«Zolgensma – препарат, ставший настоящим научным прорывом, – помогает лечить спинальную мышечную атрофию», – сообщил Гершович.
«Препарат высоко востребован во всем мире, но малодоступен, – его стоимость приближается к 2,2 миллионам долларов США. Поэтому нельзя останавливаться на достигнутом, и нам в России тоже нужно разрабатывать свои генотерапевтические препараты», - считает эксперт.
Павел Гершович упомянул и о проблеме ограниченной емкости вектора (емкости для внутриклеточной доставки действующего вещества лекарства).
Эта проблема была подробно раскрыта в докладе Марьяны Бардиной, научного сотрудника Института биологии гена РАН и Marlin Biotech. Она рассказала о создании и тестировании вирусных препаратов генной терапии для наследственных заболеваний.
Рассказывая о гене дистрофине, Бардина подчеркнула, что он является одним из самых больших генов, и поэтому перед учеными стоит распространенная в области генной терапии проблема ограниченной емкости вектора.
«AAV вектор не способен вместить полноразмерный дистрофин, поэтому усилия ученых уже несколько десятилетий направлены на то, чтобы создать укороченную, функциональную форму дистрофина, которая бы поместилась в вектор», - отметила она. После тщательного дизайна таких конструкций группа исследователей тестирует их эффективность и безопасность.
Также Марьяна Бардина рассказала, что эффективность лечения с помощью генной терапии иногда ставится под сомнение, поскольку длительность эффекта от проведенной терапии трудно определить точно.
«Говорить о полном излечении после проведения генной терапии невозможно, если в ходе лечения не редактируется геном», - подчеркнула эксперт.
К тому же эффект от генной терапии зависит от скорости деления клеток тех или иных тканей.
«Мы можем доставить препарат, но насколько эффективно он распределится по необходимым клеткам – сложный вопрос. Это показывают клинические испытания. Есть истории успеха, а есть, когда препарат работает на мышиных моделях, но в экспериментах in vitro не показывает серьезного эффекта», - поделилась М.В.Бардина.
Завершался симпозиум докладом Чумакова Петра Михайловича, главного научного сотрудника ИМБ РАН, о перспективах лечения онкологических заболеваний с помощью онколитических вирусов (Справочно: онколитический вирус избирательно поражает и уничтожает раковые клетки, не нанося вред здоровым, применяется в онкотерапии).
Ученый поставил вопрос об эффективности доставки вируса. В некоторых случаях вирус может быть инактивирован антителами, формирование которых является существенным препятствием для длительной терапии. П.М.Чумаков предложил разработать наноносители вирусов, которые бы смогли ограничить контакт с иммунной системой, а также использовать потенциал клеток, активно реплицирующих вирусы. Клетки могут быть заражены in vitro в введены внутривенно.
Главная же проблема ограниченного применения генной терапии при лечении онкологических заболеваний, по мнению ученого, заключается в том, что каждый из препаратов действует лишь на небольшое число пациентов, помогает лишь 10-20% из них. Эта проблема была проиллюстрирована статистикой лечения больных глиобластомой с помощью рекомбинантного полиовируса PVSRIPO: только 20% пациентов поддаются терапии.
«Тем не менее, это потрясающий результат, поскольку глиобластома – это абсолютно смертельное заболевание», - отметил эксперт.
Чумаков предположил, что такие результаты исследований могут быть связаны с несколькими факторами. Во-первых, каждая раковая опухоль индивидуальна по характеру нарушений. Во-вторых, опухоль гетерогенна по составу клеток, которые различаются по степени чувствительности к различным вирусам. В-третьих, тестирование или предсказание индивидуальной чувствительности опухоли является сложным, а иногда и невозможным, процессом, поэтому пока не проводится в систематическом ключе. По мнению ученого, широкому применению генной терапии мешают и некоторые особенности государственного регулирования этой области. Ученый предложил оптимизировать законодательство для облегчения процедуры регистрации препаратов.
Свое выступление ученый завершил словами: «проблем много, перспективы светлые, но надо много работать».
Университет «Сириус» в ближайшее время будет продолжать исследования по нескольким направлениям генной терапии. Среди них – разработка рекомбинантных онколитических вирусов для лечения онкологический заболеваний и создание генотерапевтических продуктов в сфере офтальмогенетики.
Читайте также: