Генная терапия трансгенными клетками

Содержание

Все, что следует знать о генной терапии

Генная терапия трансгенными клетками
Здоровье

Концепция замены дефективных генов здоровыми, которая стала активно приобретать научную оболочку еще в начале девяностых годов прошлого века, казалось, подарит надежду самым безнадежным больным.

Однако с момента первого эксперимента по генной терапии, осуществленном в 1990-ом году, оптимизма у ученых несколько поубавилось – и все из-за определенных неудач и трудностей в реализации методов генной терапии.

Однако возможности, которые предлагает генная терапия для лечения болезни Паркинсона, кистозного фиброза, различных видов рака, и многих других заболеваний, поистине безграничны. Именно поэтому ученые трудятся не покладая рук, стараясь преодолеть все возникающие у них на пути трудности, связанные с генотерапией.

Что такое генотерапия?

Так чем же является генная терапия на самом деле? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, необходимо напомнить, что основной функцией генов в нашем организме является регулирование производства белков, необходимых для нормальной работы и здоровья всех клеток.

Но некоторые генетические дефекты (изъяны в генах) мешают выполнению их главной функции, в той или иной степени препятствуя выработке белков. Целью же генной терапии (генотерапии) является замена дефективных генов здоровыми.

Это поможет наладить воспроизводство соответствующего белка, а значит, человек будет излечен от определенной болезни.

Если рассматривать идеальный сценарий развития, клетки с подкорректированными молекулами дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) начнут делиться, производя, в свою очередь, множественные копии исправленного гена, что позволит организму избавиться от генетической аномалии и полностью излечиться.

Однако введение здоровых генов в больные клетки (как и попытки исправить соответствующие отклонения) является крайне сложным процессом, который пока крайне редко приводил к успеху.

Именно поэтому большинство современных исследований направлено на разработку безопасных и надежных механизмов введения генов в поврежденные клетки.

Виды генной терапии: терапия ex vivo и in vivo

Генная терапия, в зависимости от способа введения ДНК в геном пациента, может осуществляться либо в культуре клеток (ex vivo), либо непосредственно в организме (in vivo) . В случае с генной терапией ex vivo, клетки изымаются из организма пациента, генетически модифицируются, а затем вводятся обратно в организм индивидуума.

Этот метод особенно полезен в лечении заболеваний крови, так как клетки крови можно довольно легко изъять и ввести обратно. Однако в случае с большинством других заболеваний, изъять клетки из организма и ввести обратно далеко не так просто.

К примеру, в случае с заболеваниями сердца, обусловленными генетическими причинами, эффективным мероприятием является так называемая генная терапия in vivo, когда изменения генов осуществляются непосредственно в организме пациента.

Для того чтобы проделать данную процедуру, генетическая информация доставляется непосредственно в клетку посредством вектора – молекулы нуклеиновой кислоты, используемой в генной инженерии для передачи генетического материала. В большинстве случаев, для того чтобы осуществить эту передачу, исследователи используют не опасные для здоровья и жизни вирусы.

Способы доставки в клетку генетической информации

Как показывают многочисленные исследования, использование различных вирусов является весьма эффективным решением, которое позволяет пробраться через имунную защиту организма, а затем инфицировать клетки, используя их для распространения вируса.

Для осуществления данной процедуры, генные инженеры выбрали наиболее подходящие вирусы из группы ретровирусов и аденовирусов.

Ретровирусы привносят генетическую информацию в виде рибонуклеиновой кислоты (РНК), молекулы, похожей на молекулу ДНК, которая помогает перерабатывать генетическую информацию, сохраненную в ДНК.

Как только удается проникнуть вглубь так называемой клетки-мишени, из молекулы РНК получается копия молекулы ДНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией. Как только новая молекула ДНК оказывается присоединенной к клетке, все новые копии клеток будут содержать этот модифицированный ген.

Аденовирусы несут генетическую информацию сразу в виде ДНК, который доставляется в неделящуюся клетку. Хотя эти вирусы доставляют ДНК непосредственно в ядро клетки-мишени, ДНК не совмещается с геномом клетки. Таким образом, модифицированный ген и генетическая информация не передаются дочерним клеткам.

Преимуществом генной терапии, проводимой с помощью аденовирусов, заключается в том, что существует возможность введения генов в клетки нервной системы и в слизистую оболочку дыхательных путей, опять же, посредством вектора.

Кроме того, существует и третий метод генной терапии, осуществляемый посредством так называемых аденоассоциированных вирусов. Эти вирусы содержат относительно небольшое количество генетической информации, и их гораздо сложнее вывести, чем ретровирусы и аденовирусы.

Однако преимущество аденоассоциированных вирусов заключается в том, что они не вызывают реакции иммунной системы человека.

Сложности, при использовании вирусов в генной терапии

проблема, которая связана со способом доставки генетической информации в клетку посредством вирусов, заключается в том, что полностью проконтролировать соединение генов с клеткой-мишенью чрезвычайно сложно. Это может быть крайне опасно, так как не исключена так называемая экспрессия генов, которая способна превратить здоровые клетки в раковые.

На данный момент времени, эта проблема является особенно насущной в работе с ретровирусами. Вторая проблема, решение которой пока невозможно организовать, заключается в том, что одной процедуры применения генной терапии, чаще всего, бывает недостаточно. Большинство генетических терапий необходимо время от времени повторять.

И, в третьих, использование вирусов для доставки генетической информации в клетку, осложняется риском возникновения реакции иммунной системы организма.

Это также является крайне серьезной проблемой, особенно в тех случаях, когда требуется неоднократное повторение процедуры генной терапии, так как организм пациента постепенно адаптируется и начинает все эффективнее бороться с вводимыми вирусами.

Генная терапия: исследования продолжаются

Если говорить об успехах, то на данный момент времени генетическая терапия является крайне эффективным мероприятием в лечении так называемого комбинированного иммунодефицита, сцепленного с X-хромосомой ген.

С другой стороны, случаев успешного использования генотерапии для лечения данной болезни крайне мало. Кроме того, само лечение представляет собой рискованное мероприятие, так как способно вызвать у пациентов ряд симптомов, которые встречаются у людей, страдающих от лейкемии.

Помимо данного заболевания, случаев использования генной терапии, которые были бы так же эффективны, очень и очень мало, хотя последние исследования и дают надежду на скорое использование генотерапии для лечения больных, страдающих от артрита, рака мозга, серповидно-клеточной анемии, расщелины сетчатки и от некоторых других состояний.

Получается, что о практическом применении генной терапии в медицине говорить еще очень рано. Тем не менее, исследователи продолжают искать способы безопасного и эффективного использования генной терапии, проведя большую часть экспериментов в живой ткани, перенесенной из организма в искусственную внешнюю среду.

Среди этих экспериментов крайне интересными представляются исследования, в рамках которых ученые пытаются ввести в клетку-мишень искусственную, 47-ю хромосому. Недавние научные изыскания позволили ученым лучше разобраться в процессах, происходящих при внедрении молекулы РНК.

Это позволило разработать механизм подавления транскрипции гена (так называемое выключение гена), который, возможно, принесет пользу в лечении болезни Гамильтона.

Ученые сообщают также о том, что им удалось разработать способ доставки генетической информации в клетки мозга, чего раньше нельзя было осуществить с помощью вектора, так как данная молекула была чересчур велика для этой цели. Иными словами, исследования продолжаются, а это значит, что у человечества есть все шансы научиться бороться с заболеваниями посредством использования методов генной терапии.

Источник:

Источник: https://www.infoniac.ru/news/Vse-chto-sleduet-znat-o-gennoi-terapii.html

Генная инженерия в медицине — уникальные технологии лечения

Генная терапия трансгенными клетками

Трансплантация органов и тканей — сложный, но весьма эффективный инструмент в борьбе со смертельно опасными заболеваниями.

Многочисленные пересадки сердца, печени, почек, продлившие жизни тысяч безнадежных, казалось бы, пациентов, стали вполне штатными операциями.

Сегодня хирурги и физиологи стремятся расширить сферу возможностей медицины и вывести трансплантологию на принципиально новый уровень. Так сказать, освоить те области, о которых раньше могли помыслить только писатели-фантасты.

О чем речь?

Что же реально дала человечеству модификация живых организмов на генетическом уровне? По сути, биотехнология или генетическая инженерия (ГИ) — это совокупность методик, позволяющих вычленять отдельные гены из клеток, вводить их в генотип других организмов и получать рекомбинантные (т. е. расщепленные и собранные заново) ДНК и РНК. Более того, расшифровка последовательности аминокислот в белках позволяет искусственно синтезировать необходимые гены из базовых нуклеотидов.

Практическая сложность работы биотехнологов укладывается в обманчиво простой алгоритм. Если внедрить ранее выделенный или «собранный вручную» ген в ДНК живой клетки, она начнет воспроизводить требуемый белок. Это открывает поистине неограниченные возможности.

Хотим мы того или нет, генетическая модификация ненавязчиво, но прочно закрепилась в современной медицине. Ее достаточно широкое распространение объясняется бесценной возможностью перекраивания реалий под свои нужды.

Первый успех ГМО

Последствия такого тяжелого заболевания, как диабет, известны во всем мире. В первую очередь оно поражает сердечно-сосудистую и нервную системы, что влечет за собой угнетение всех функций организма. Ежегодно миллионы людей пополняют печальную статистику заболевших, и единственное, по сути, на что могут положиться диабетики, — это инсулин.

Вплоть до 80-х годов прошлого века препарат производился по технологии 1925 года — путем извлечения гормона из коровьей или свиной поджелудочной железы. Такой способ производства едва покрывал 10% потребностей.

Учитывая же современные темпы распространения болезни, он не справился бы со столь массовым спросом на инсулин даже с применением полусинтетических методик.

Широкодоступный сейчас препарат стал бы критически дефицитным, если бы не прорыв, совершенный совместными усилиями ученых из НИИ Бекмана и биотехнологической корпорации Genentech.

В 1978 году Артур Риггс и Кэйити Итакура при участии Герберта Бойера успешно использовали технологию рекомбинантной ДНК для внедрения гена синтеза человеческого инсулина в геном бактерий — пекарских дрожжей и кишечной палочки. Клетки полученных в результате эксперимента генетически модифицированных бактерий успешно росли, делились и в результате своей незатейливой жизнедеятельности вырабатывали инсулин, идентичный человеческому.

Синтетический человеческий инсулин стал первым одобренным для использования лекарством, полученным путем генной инженерии.

По сей день он считается одним из лучших препаратов, поддерживающих жизнь диабетиков по всему миру, а испытанная при его создании технология прочно вошла в обиход фармацевтических предприятий.

Уже в 2000 году количество лекарств, полученных аналогичным путем, перевалило за сотню и продолжает расти.

Генные вакцины

В последние десятилетия правительства многих стран дали добро на разработку инновационных вакцин.

Причины развязывания рук исследователей на государственном уровне вполне понятны: катастрофическое распространение устойчивых к антибиотикам микроорганизмов, рост числа заболевших теми инфекциями, с которыми раньше удавалось успешно справляться, банальное отсутствие эффективных вакцин против туберкулеза, СПИДа и малярии…

Для борьбы с этой напастью из невидимого невооруженным глазом мира создаются рекомбинантные вакцины. Таким способом уже удалось получить эффективные вакцины против гепатита В и вируса папилломы человека.

Для создания прививок методами генной инженерии из ДНК патогенного организма выделяется ген, кодирующий продукцию вызывающего иммунную реакцию белка, после чего ген встраивается в плазмиду, стабильную молекулу ДНК нейтрального микроорганизма, например дрожжевой бактерии.

Готовый антиген вводят в культуру для последующего самокопирования путем клеточного деления, после чего молекулу вновь выделяют, очищают и используют в качестве вакцины. Проще говоря, все эти высокоточные манипуляции позволяют получить белки, безопасные для человека, но при этом вызывающие такой же иммунный ответ, как и болезнетворный гость.

Попадая в организм, модифицированная молекула запускает в клетках самого тела синтез чужеродных протеинов, которые могут быть распознаны иммунной системой и нейтрализованы.

К сожалению, большинство подобных препаратов пока еще обладают недостаточной иммуногенностью, но работы по исправлению этого недостатка ведутся неустанно.

Исцеление на генетическом уровне

Следующей ступенью эволюции биотехнологий в медицине стала генотерапия, хоть ее методы пока находятся на стадии экспериментальных разработок. В ее основе лежит будоражащая воображение идея о коррекции наследственных и приобретенных генетических недостатков живого организма.

Важнейшая проблема, препятствующая внедрению генной терапии в медицинскую практику уже сейчас, — обеспечение эффективной трансфекции, доставки генов к клеткам-«мишеням». Наиболее перспективными считаются методики транспортировки встроенной в плазмиду модифицированной ДНК или молекулы в составе неонкогенных вирусных частиц.

Согласитесь, подобные замыслы привычнее видеть на страницах научно-фантастических романов. Тем не менее будущее планирует наступить раньше, чем может показаться.

30 августа 2017 года свершилось историческое событие, которое в ближайшие годы полностью изменит процесс лечения онкологии.

Экспертный совет американского Управления по контролю продуктов питания и лекарств (FDA) единогласно одобрил генную терапию острого лимфобластного лейкоза детей и взрослых до 25 лет, разработанную группой ученых из Университета Пенсильвании и компании Novartis.

С помощью модифицированного вируса иммунодефицита в собственные Т-лимфоциты пациента внедряется ген, помогающий распознавать и уничтожать злокачественные клетки. Звучит невероятно, но ВИЧ в буквальном смысле «учит» клетки организма бороться с раком!

Правда, успевший снискать славу революционного препарат, выпущенный на рынок под названием Kymriah, еще далеко не совершенен.

Из-за ряда опасных побочных действий его можно применять только в клиниках под надзором прошедших специальную подготовку докторов.

Хотя тот факт, что во время испытаний у 83% пациентов с острым лейкозом наступила ремиссия, позволяет решиться на этот рискованный шаг с оптимизмом.

В дальнейшем генная терапия сможет применяться для исправления дефектов центральной нервной системы, заболеваний сердца и сосудов, гемофилии, коррекции иммунного ответа (в т. ч. ВИЧ) и даже мутаций генома.

Значение ГИ для медицины

Некоторым гематологическим, кардиологическим, эндокринологическим и противовирусным лекарствам жизненно необходимо максимально соответствовать естественным аналогам в человеческом организме. В этом плане синтетические препараты имеют ряд неоспоримых преимуществ.

Во-первых, в отличие от лекарств, получаемых из секреции животных, они аналогичны человеческим по структуре. Во-вторых, генная модификация в фармацевтике позволила отказаться от неподдающегося полной очистке специфического сырья, как, например, гипофизы трупов или моча женщин в менопаузе.

И в-третьих, решающим фактором нередко оказывается дешевизна и рациональность производства.

Для производства 200 граммов очищенного порошка инсулина необходима 1000 литров питательной среды, населенной генетически модифицированными бактериями, или 6000 коров, из чьих поджелудочных желез посмертно будет извлечен ценный гормон.

Когда вопрос встает таким «ребром», тысячи подопытных животных, принесенных в жертву прогрессу, кажутся меньшим из зол.

Несмотря на заметные, почти что футуристические успехи, медицинская генная инженерия остается областью, которую ученые только начинают осваивать.

По-прежнему остается масса чисто технологических трудностей, не говоря уже о несовершенстве способов преодоления иммунной реакции организма и риска заражения при использовании модифицированных вирусов. Тем не менее маячащие на горизонте светлого будущего перспективы заставляют упорных исследователей без сожаления поступаться принципами и страхами.

    2540      

Поддержите проект Мир Знаний, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзен

Источник: http://mir-znaniy.com/gennaya-inzheneriya-v-meditsine-unikalnyie-tehnologii-lecheniya/

Генная терапия: как лечат генетические заболевания

Генная терапия трансгенными клетками

«Эту технологию мы отладили in vitro, — рассказывает Вадим Жерновков, то есть на клеточных культурах, выращенных из клеток пациентов с миодистрофией Дюшенна. Но отдельные клетки — это не организм.

Вторгаясь в процессы клетки, мы должны наблюдать последствия вживую, однако привлечь к испытаниям людей не представляется возможным по разным причинам — от этических до организационных.

Поэтому возникла необходимость получения модели миодистрофии Дюшенна с определенными мутациями на основе лабораторного животного».

Как уколоть микромир

Трансгенные животные — это полученные в лаборатории животные, в геном которых целенаправленно, осознанно внесены изменения. Еще в 70-е годы прошлого века стало понятно, что создание трансгенов — это важнейший метод исследования функций генов и белков.

Одним из самых ранних методов получения полностью генно-модифицированного организма стала инъекция ДНК в пронуклеус («предшественник ядра») зигот оплодотворенных яйцеклеток.

Это логично, так как модифицировать геном животного проще всего в самом начале его развития.

На схеме продемонстрирован процесс CRISPR/Cas9, в котором участвуют субгеномная РНК (sgRNA), ее участок, работающий как РНК-гид, а также белок-нуклеаза Cas9, который рассекает обе нити геномной ДНК в указанном РНК-гидом месте.

Инъекция в ядро зиготы — весьма нетривиальная процедура, ведь речь идет о микромасштабах. Яйцеклетка мыши имеет диаметр 100 мкм, а пронуклеус — 20 мкм. Операция происходит под микроскопом с 400-кратным увеличением, однако инъекция — это самая что ни на есть ручная работа.

Разумеется, для «укола» применяется не традиционный шприц, а специальная стеклянная игла с полым каналом внутри, куда набирается генный материал. Один ее конец можно держать в руке, а другой — сверхтонкий и острый — практически не виден невооруженным глазом.

Конечно, такая хрупкая конструкция из боросиликатного стекла не может храниться долго, поэтому в распоряжении лаборатории есть набор заготовок, которые непосредственно перед работой вытягиваются на специальном станке.

Используется особая система контрастной визуализации клетки без окрашивания — вмешательство в пронуклеус само по себе травматично и является фактором риска для выживания клетки. Краска стала бы еще одним таким фактором. К счастью, яйцеклетки достаточно живучи, однако количество зигот, которые дают начало трансгенным животным, составляют лишь несколько процентов от общего числа яйцеклеток, в которые была сделана инъекция ДНК.

Следующий этап — хирургический. Проводится операция по трансплантации микроинъецированных зигот в воронку яйцевода мыши-реципиента, которая станет суррогатной матерью будущим трансгенам. Далее лабораторное животное естественным путем проходит цикл беременности, и на свет появляется потомство.

Обычно в помете находится около 20% трансгенных мышат, что также говорит о несовершенстве метода, ибо в нем присутствует большой элемент случайности. При инъекции исследователь не может контролировать, как именно внедренные фрагменты ДНК встроятся в геном будущего организма.

Высока вероятность таких комбинаций, которые приведут к гибели животного еще на эмбриональной стадии. Тем не менее метод работает и вполне годен для ряда научных целей.

Развитие трансгенных технологий позволяет производить животные белки, востребованные фармацевтической промышленностью. Эти белки экстрагируются из молока трансгенных коз и коров. Также есть технологии получения специфических белков из куриного яйца.

Ножницы для ДНК

Но есть более эффективный способ на основе целевого редактирования генома по технологии CRISPR/Cas9. «Сегодня молекулярная биология в чем-то подобна эпохе дальних морских экспедиций под парусами, — говорит Вадим Жерновков. — Практически каждый год в этой науке происходят значительные открытия, которые могут изменить нашу жизнь.

Например, несколько лет назад микробиологи обнаружили у давно, казалось бы, изученного вида бактерий иммунитет к вирусным инфекциям.

В результате дальнейших исследований выяснилось, что ДНК бактерий содержат в себе особые локусы (CRISPR), с которых синтезируются фрагменты РНК, умеющие комплементарно связываться с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов, например с ДНК или РНК вирусов. С такой РНК связывается белок Cas9, представляющий собой фермент-нуклеазу.

РНК служит для Cas9 гидом, помечающим определенный участок ДНК, в котором нуклеаза совершает разрез. Примерно три-пять лет назад появились первые научные труды, в которых разрабатывалась технология CRISPR/Cas9 для редактирования генома».

Трансгенные мыши позволяют создавать живые модели тяжелых генетических заболеваний человека. Люди должны быть благодарны этим крохотным существам.

По сравнению со способом введения конструкции для случайного встраивания, новый метод позволяет подобрать элементы системы CRISPR/Cas9 таким образом, чтобы точно нацелить РНК-гиды на нужные участки генома и добиться целенаправленной делеции или вставки нужной последовательности ДНК.

В этом методе тоже возможны ошибки (РНК-гид иногда соединяется не с тем участком, на который его нацеливают), однако при использовании CRISPR/Cas9 эффективность создания трансгенов составляет уже около 80%.

«Этот метод имеет широкие перспективы, и не только для создания трансгенов, но и в других областях, в частности в генной терапии, — говорит Вадим Жерновков.

— Однако технология находится только в начале пути, и представить себе, что в ближайшее время исправлять генный код людей будут с помощью CRISPR/Cas9, довольно сложно. Пока есть вероятность ошибки, есть и опасность, что человек лишится какой-то важной кодирующей части генома».

Источник: https://www.PopMech.ru/science/237204-gennaya-terapiya-kak-lechat-geneticheskie-zabolevaniya/

Генная Терапия – Как Работает, Что Лечит, Плюсы и Минусы Проблемы

Генная терапия трансгенными клетками

Генная терапия – одна из стремительно развивающихся областей медицины, которая предполагает лечение человека посредством введения в организм здоровых генов. Причем, как утверждают ученые, с помощью генной терапии можно добавить недостающий ген, исправить или заменить его, улучшив тем самым работу организма на клеточном уровне и нормализовав состояние больного.

По словам ученых, потенциальными кандидатами для генной терапии на сегодняшний день являются 200 млн. жителей планеты, причем эта цифра неуклонно растет. И очень отрадно, что несколько тысяч пациентов уже получили лечение от неизлечимых недугов в рамках проводимых испытаний.

В данной статье расскажем о том, какие задачи ставит перед собой генная терапия, какие заболевания можно лечить этим методом и с какими проблемами приходится сталкиваться ученым.

Где применяется генотерапия

Изначально генная терапия была задумана для борьбы с тяжелыми наследственными заболеваниями, такими как болезнь Хантингтона, муковисцидоз (кистозный фиброз) и некоторыми инфекционными заражениями.

Однако 1990-й год, когда ученым удалось скорректировать дефектный ген, и, введя его в организм больного, победить муковисцидоз, стал поистине революционным в области генной терапии. Миллионы людей во всем мире получили надежду на лечение заболеваний, которые прежде считались неизлечимыми.

И пусть такая терапия находится у самых истоков развития, ее потенциал вызывает удивление даже в научном мире.

Так, например, кроме кистозного фиброза, современные ученые добились успехов борьбе с такими наследственными патологиями, как гемофилия, энзимопатия и иммунодефицит.

Более того, лечение генами позволяет бороться с некоторыми онкологическими заболеваниями, а также с патологиями сердца, болезнями нервной системы и даже травмами, к примеру, с повреждениями нервов.

Таким образом, генная терапия занимается заболеваниями с крайне тяжелым протеканием, которые приводят к ранней смертности и, зачастую, не имеют другого лечения, кроме терапии генами.

Принцип лечения генами

В качестве действующего вещества врачи используют генетическую информацию, а если быть точным, молекулы, которые являются носителями такой информации. Реже для этого применяют нуклеиновые кислоты РНК, а чаще – клетки ДНК.

Каждая такая клетка обладает так называемым «ксероксом» – механизмом, при помощи которого она переводит генетическую информацию в белки.

Клетка, у которой имеется правильный ген и без сбоев работает «ксерокс», с точки зрения генной терапии является здоровой клеткой.

У каждой здоровой клетки имеется целая библиотека оригинальных генов, которые она использует для правильной и слаженной работы всего организма. Однако если по какой-либо причине важный ген утерян, восстановить такую потерю не представляется возможным.

Это становится причиной развития серьезных генетических заболеваний, таких как миодистрофия Дюшена (при ней у больного прогрессирует мышечный паралич, и он в большинстве случаев не доживает до 30 лет, умирая от остановки дыхания). Или менее фатальная ситуация. К примеру, «поломка» определенного гена приводит к тому, что белок перестает выполнять свои функции. И это становится причиной развития гемофилии.

В любом из перечисленных случаев на помощь приходит генная терапия, задачей которой является доставить нормальную копию гена в больную клетку и подложить в её в клеточный «ксерокс». В этом случае наладится работа клетки, а может быть, восстановится функционирование всего организма, благодаря чему человек избавится от тяжелого недуга и сможет продлить свою жизнь.

Какие болезни лечит генная терапия

Насколько реально помогает человеку генная терапия? По подсчетам ученых, в мире насчитывается около 4200 заболеваний, которые возникают в результате неправильной работы генов.

В этом плане потенциал у данного направления медицины просто невероятный. Однако гораздо важнее то, чего на сегодняшний день удалось добиться медикам.

Безусловно, на этом пути хватает трудностей, однако уже сегодня можно выделить ряд локальных побед.

К примеру, современные ученые разрабатывают подходы к лечению ишемической болезни сердца посредством генов. А ведь это невероятно распространенное заболевание, которое поражает гораздо больше людей, чем врожденные патологии. В конечном итоге, человек, столкнувшийся с ишемической болезнью, оказывается в таком состоянии, когда единственным спасением для него может стать генная терапия.

Более того, на сегодняшний день при помощи генов лечатся патологии, связанные с поражением центральной нервной системы. Это такие заболевания, как боковой амиотрофический склероз, болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Что интересно, для лечения перечисленных недугов используются вирусы, которые имеют свойство атаковать нервную систему.

Так, при помощи вируса герпеса в нервную систему доставляют цитокины и факторы роста, замедляющие развитие заболевания.

Это яркий пример того, как патогенный вирус, который обычно вызывает болезнь, обрабатывается в лабораторных условиях, лишаясь белков, несущих заболевание, и используется как кассета, которая доставляет в нервы целебные вещества и тем самым действует во благо здоровья, продлевая жизнь человека.

Еще одним тяжелым наследственным заболеванием является холестеринемия, которая приводит организм человека к неспособности регулировать холестерин, вследствие чего в его организме скапливаются жиры, и возрастает риск инфарктов и инсультов.

Чтобы справиться с этой проблемой, специалисты удаляют больному часть печени и исправляют поврежденный ген, останавливая дальнейшее накопление холестерина организмом.

После этого исправленный ген помещают в обезвреженный вирус гепатита, и с его помощью отправляют обратно в печень.

Источник: https://www.ja-zdorov.ru/blog/gennaya-terapiya-kak-rabotaet-chto-lechit-plyusy-i-minusy-problemy/

Когда заменят бракованные гены? / Slon.ru

Генная терапия трансгенными клетками

Использование генетически модифицированных бактерий, дрожжей и растений – это давно уже банальная повседневная вещь. Объем рынка инсулина, производимого трансгенными микроорганизмами, к 2018 году перейдет рубеж 30 миллиардов долларов.

Генетически модифицированными растениями в 2012 году было засеяно 170 миллионов гектаров – это больше 10% пахотных земель планеты. Внедрение генетически модифицированных животных в повседневную жизнь продвигается чуть медленнее, но, например, в научных экспериментах они уже давно занимают лидирующие позиции.

В Великобритании, подсчитывающей все на свете, в 2012 году был проведен 3 058 821 эксперимент на мышах, из них в 1 741 913 участвовали именно трансгенные животные.

Применительно к людям все далеко не так радужно. Большинство новостных сообщений о «генетически модифицированных детях» посвящены обычной преимплантационной диагностике – выбору здорового эмбриона во время ЭКО.

В остальных случаях под звучным заголовком о генной модификации скрывается всего лишь ооплазматический перенос – введение цитоплазмы и митохондрий женщины-донора в яйцеклетку женщины-реципиента. Эта методика разработана для лечения некоторых форм бесплодия, но в качестве побочного эффекта еще и приводит к рождению детей, сочетающих митохондриальную ДНК от двух женщин.

 Сходные технологии могут использоваться для предотвращения генетических заболеваний, связанных с поломками митохондрий матери, но даже здесь до широкого внедрения еще далеко. 

А что касается полномасштабной генетической модификации, изменения ядерного генома половых клеток или эмбрионов, она вполне осуществима, эксперименты на животных дают неплохие результаты, но применительно к людям такая стратегия лечения вряд ли выйдет в ближайшие годы из области теоретических рассуждений.

С этической точки зрения вмешательство в геном на уровне целого организма (при текущем уровне развития технологий) может не только не вылечить болезнь, но и привести к новым нарушениям.

А если этика нас не интересует, то тем более непонятно, зачем возиться с больным эмбрионом, вместо того чтобы имплантировать здорового.

Но картина полностью меняется, когда речь идет о взрослых. В этой ситуации неправильно работающую ДНК можно и нужно пробовать заменять на нормальную.

Генная терапия – комплекс мер, направленных на изменение ДНК отдельных клеток, – это вполне работоспособное направление современной медицины.

К июлю 2013 года было проведено уже около двух тысяч клинических испытаний генной терапии – правда, абсолютное большинство из них пока так и осталось на первой фазе, то есть осуществлялась только оценка безопасности метода, а не его эффективности.

Генная терапия вынуждена преодолевать массу методологических проблем, связанных с адресной доставкой генов в клетки, возможностью иммунного ответа на используемые генетические конструкции, работоспособностью внедренных генов и так далее, и поэтому огромная доля исследований так и не приводит к реальным результатам. 

Тем не менее уже существуют первые методы генной терапии, разрешенные в Евросоюзе (американская FDA пока что более консервативна), и есть надежда, что по крайней мере к середине XXI века люди наконец-то смогут управлять своим геномом – во всяком случае, для компенсации угрожающих жизни состояний.

1. Гены против рака

Максимальное количество клинических испытаний генной терапии связано вовсе не с классическими наследственными болезнями (типа гемофилии или муковисцидоза), а с лечением онкологических заболеваний.

Это логично: они очень распространены, интенсивно изучаются, всегда связаны с нарушением генетических механизмов контроля за делением клеток. К тому же генная терапия часто направлена не на подавление самой опухоли, а на тонкую настройку иммунных клеток, предназначенных для борьбы с ней.

Это означает, что клетки можно извлечь из крови пациента и модифицировать в пробирке, вместо того чтобы вводить ДНК в организм и сталкиваться со всеми трудностями доставки в нужные ткани.

Иногда из тела пациента извлекают для генетической модификации не иммунные клетки, а, наоборот, клетки опухоли: смысл в том, чтобы сделать их более заметными для иммунной системы, чтобы она могла бороться с метастазами. Этот подход развивается и в России, например в НИИ онкологии им.

Петрова под Петербургом. Еще одно направление генной терапии рака, в развитии которого участвуют отечественные исследователи, – разработка методов доставки «суицидных генов», которые включаются в раковых клетках и убивают их.

Например, академик Евгений Свердлов и его коллеги из Института биоорганической химии РАН работали над схемой лечения, основанной на внедрении в раковые клетки генов тимидинкиназы вируса простого герпеса.

Идея в том, что опухолевая клетка начинает использовать в хозяйстве вирусный фермент, и из-за этого становится уязвима к банальному противовирусному лекарству – ганцикловиру.

Именно к лечению рака относится первая в мире схема генной терапии, одобренная для коммерческого применения – в Китае, в 2003 году. Речь идет об аденовирусном векторе, доставляющем в клетки опухолей головы и шеи ген белка p53.

Это один из важнейших супрессоров образования злокачественных опухолей, и его работа очень часто нарушается в раковых клетках.

Если вернуть белок p53 в клетки, то рост опухоли замедлится, и ее будет намного проще уничтожить с помощью облучения.

2. Мое сердце остановилось

Сегодня сердечно-сосудистые заболевания – главная причина смерти не только в развитых странах, но и в мире в целом. Вполне естественно, что их интенсивно изучают. Похоже, что добавление нужных генов в мышечные клетки сердца и сосудов во многих случаях может предотвратить развитие нарушений, несовместимых с жизнью.

В случае ишемической болезни используют гены, стимулирующие рост новых кровеносных сосудов. Сердечная недостаточность обычно связана с нарушением обмена ионов кальция, и можно добавлять гены, которые помогут клетке вернуть контроль за этим процессом.

Даже аритмия – на уровне испытаний на животных – поддается лечению методами генной терапии, нужно добавлять гены, повышающие восприимчивость клеток сердечной мышцы к поступающим сигналам.

Судя по результатам клинических испытаний, один из наиболее перспективных препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний – это ген фактора роста гепатоцитов. Вопреки названию он способен стимулировать не только размножение клеток печени, но и рост кровеносных сосудов.

Введение вирусного вектора или плазмиды с этим геном в клетки мышечной ткани с помощью банальной инъекции вызывает достоверное улучшение кровоснабжения соответствующего участка.

В Китае фактор роста гепатоцитов надеются использовать для лечения ишемической болезни сердца, а в Японии уже получены неплохие результаты применения этого гена у пациентов с нарушенным кровоснабжением конечностей.

3. Заменить бракованный ген

Самое очевидное направление генной терапии – это лечение моногенных наследственных заболеваний. Если в ДНК есть мутация и из-за этого какие-то клетки работают неправильно, то надо ввести в соответствующие ткани корректную версию гена, чтобы организм мог начать функционировать нормально.

Более 20% клинических испытаний в этой области посвящены муковисцидозу, широко распространенному наследственному заболеванию, при котором дыхательная и пищеварительная системы не могут нормально работать из-за слишком густой слизи, покрывающей стенки протоков.

Лидер в этой области исследований – британский Консорциум по генной терапии муковисцидоза.

В 2013 году его сотрудники сообщили о том, что клинические испытания методики введения нужного гена в легкие благополучно добрались до фазы IIB, это означает, что клиническая эффективность лечения уже в целом подтверждена и теперь речь идет об определении оптимальной дозировки препарата и схемы лечения.

Нарушения зрения и слуха в некоторых случаях также могут быть скорректированы с помощью генной терапии. Введение гена RPE65 в глаза людей, страдающих наследственным заболеванием сетчатки под названием амавроз Лебера приводит у них к существенному улучшению зрения и веры в светлое будущее (правда, как показали дальнейшие исследования, не останавливает в полной мере разрушение сетчатки).

Самые первые испытания генной терапии в начале девяностых были направлены на лечение SCID, тяжелого комбинированного иммунодефицита. При этой болезни иммунная система не работает до такой степени, что люди вынуждены жить в абсолютно стерильной среде – в буквальном смысле в стеклянной камере.

При генной терапии из крови выделяют иммунные клетки, вводят в них ген аденозиндеаминазы, которая не работает у больных, и вводят их обратно в организм.

Это приводит к восстановлению нормальной работы иммунитета, но, как выяснилось, при использовании вирусных векторов такое лечение повышает вероятность развития лейкемии, и поэтому сейчас генная терапия SCID приостановлена, так как необходимо разработать более безопасные методы доставки гена.

4. Противовирусная ДНК

В 2008 году американец Тимоти Рэй Браун полностью вылечился от ВИЧ-инфекции. Это произошло благодаря тому, что он болел лейкемией и нуждался в трансплантации костного мозга.

Его лечащий врач, Геро Хюттер, смог подобрать донора костного мозга с мутацией в гене CCR5, нарушающей проникновение ВИЧ в иммунные клетки.

Таким образом, новая иммунная система Тимоти была уже невосприимчива к атакам вируса.

Разумеется, такой способ лечения не подходит всем: пересадка костного мозга сложнее и опаснее, чем ВИЧ-инфекция, развитие которой современная антиретровирусная терапия в целом позволяет удерживать под контролем.

Но было бы здорово воспользоваться тем же самым принципом и модифицировать собственные лимфоциты, чтобы сделать их защищенными от инфекции. По этому пути лечения ВИЧ идет, например, биофармацевтическая компания Sangamo.

Этой осенью ее представители объявили на одной из профессиональных конференций, что вторая фаза клинических испытаний идет хорошо: у трех из семи пациентов, получивших генную терапию, концентрация вирусных частиц упала настолько, что имеющиеся способы лабораторной диагностики уже не позволяют их обнаружить. Компания обещает официально опубликовать эти результаты к концу года, и это может оказаться одним из главных научных прорывов десятилетия.

5. Трансгенный мозг

Генная терапия в перспективе может использоваться и для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона.

Это, пожалуй, наиболее сложная область – как с точки зрения доставки генов, так и с точки зрения потенциальных рисков, – тем не менее первые клинические испытания есть и тут.

Пациенты, страдающие от болезни Альцгеймера и получавшие ген фактора роста нервов (NGF), демонстрировали повышение активности нейронов и улучшение когнитивных функций. При этом побочные эффекты были слишком велики, чтобы клинические испытания могли перейти на вторую фазу. С болезнью Паркинсона дела обстоят лучше.

Например, введение гена GAD, контролирующего синтез гамма-аминомасляной кислоты, привело к хорошим результатам уже в двух фазах клинических испытаний, и есть надежда перейти на третью, во время которой проводится двойное слепое плацебо-контролируемое исследование препарата на сотнях или тысячах пациентов.

Если говорить о далеком-далеком будущем, то в принципе генная терапия мозга может позволить не только бороться с болезнями, но и менять характер человека.

Во всяком случае, делать это с грызунами наука уже умеет: если ввести в мозг полигамной луговой полевки дополнительные копии гена, кодирующего рецептор к вазопрессину, то животное начнет проводить больше времени рядом со своей постоянной половой партнершей, то есть вести себя так, как свойственно моногамным полевкам.

В принципе, существуют данные о том, что особенности строения вазопрессиновых рецепторов влияют на отношения с партнершами и у мужчин. Остается только надеяться, что любая генная терапия всегда будет требовать добровольного информированного согласия.

Источник: https://republic.ru/posts/35523

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.