Лечение с помощью генной терапии

Содержание
  1. Генная Терапия – Как Работает, Что Лечит, Плюсы и Минусы Проблемы
  2. Где применяется генотерапия
  3. Принцип лечения генами
  4. Какие болезни лечит генная терапия
  5. Генная терапия: как лечат генетические заболевания
  6. Как уколоть микромир
  7. Ножницы для ДНК
  8. Генная терапия: как лечат генетические заболевания
  9. Трансгенные мыши
  10. О войне и мире
  11. Биомолекулярный пластырь
  12. Спасет ли генная терапия от рака?
  13. Зачем нужна генная терапия рака?
  14. Генетически модифицированный иммунитет
  15. Вирусы против рака
  16. Генетические «ножницы»
  17. Надежда на CRISPR/Cas9
  18. Появится ли волшебная генетическая «таблетка» от рака?
  19. Генная инженерия в медицине — уникальные технологии лечения
  20. Генные вакцины
  21. Исцеление на генетическом уровне
  22. Значение ГИ для медицины
  23. Все, что следует знать о генной терапии
  24. Что такое генотерапия?
  25. Виды генной терапии: терапия ex vivo и in vivo
  26. Способы доставки в клетку генетической информации
  27. Сложности, при использовании вирусов в генной терапии
  28. Генная терапия: исследования продолжаются

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

Лечение с помощью генной терапии

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/

Генная терапия: как лечат генетические заболевания

Лечение с помощью генной терапии

«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 лечат генетические заболевания

Лечение с помощью генной терапии

Одни из самых страшных заболеваний, которыми «одаривает» человека природа, — это заболевания генетические. Можно успешно бороться с возбудителями недугов — бактериями и вирусами, но, если проблема находится в геноме человека от рождения, помочь пациенту крайне тяжело. Современная наука упорно ищет возможность «отремонтировать» мутировавшие гены.

Миодистрофия Дюшенна — одно из нечасто встречающихся, но все же относительно распространенных генетических заболеваний.

Болезнь диагностируется в трех-пятилетнем возрасте, обычно у мальчиков, проявляясь поначалу лишь в затрудненных движениях, к десяти годам страдающий такой миодистрофией уже не может ходить, к 20−22 годам его жизнь заканчивается.

Она вызвана мутацией гена дистрофина, который находится в Х-хромосоме. Он кодирует белок, соединяющий мембрану мышечной клетки с сократительными волокнами. Функционально это своеобразная пружина, обеспечивающая плавное сокращение и целостность клеточной мембраны.

Мутации в гене приводят к дистрофии скелетных мышечных тканей, диафрагмы и сердца. Лечение заболевания носит паллиативный характер и позволяет лишь немного облегчить страдания. Однако с развитием генной инженерии появился свет в конце тоннеля.

Трансгенные мыши

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

О войне и мире

Генная терапия — это доставка внутрь клетки конструкций на основе нуклеиновых кислот для лечения генетических заболеваний. С помощью такой терапии можно исправить генетическую проблему на уровне ДНК и РНК, меняя процесс экспрессии нужного белка.

Например, в клетку можно доставить ДНК с исправленной последовательностью, с которой синтезируется функциональный белок. Или, напротив, возможны удаления определенных генетических последовательностей, что также поможет уменьшить вредные последствия мутации.

В теории это просто, однако на практике генная терапия базируется на сложнейших технологиях работы с объектами микромира и представляет собой совокупность передовых ноу-хау в области молекулярной биологии.

«Ген дистрофина, мутации которого порождают миодистрофию Дюшенна, огромный, — рассказывает директор по развитию биотехнологической компании «Марлин Биотех», кандидат биологических наук Вадим Жерновков.

— Он включает в себя 2,5 млн пар нуклеотидов, что можно было бы сравнить с количеством букв в романе «Война и мир». И вот представим себе, что мы вырвали из эпопеи несколько каких-то важных страниц.

Если на этих страницах описываются существенные события, то понимание книги было бы уже затруднено. Но с геном все сложнее. Найти другую копию «Войны и мира» несложно, и тогда недостающие страницы можно было бы прочитать.

Но ген дистрофина находится в X-хромосоме, а у мужчин она одна. Таким образом, в половых хромосомах у мальчиков при рождении хранится лишь одна копия гена. Другую взять негде.

Наконец, при синтезе белка из РНК важно сохранение рамки считывания. Рамка считывания определяет, какая группа из трех нуклеотидов считывается как кодон, что соответствует одной аминокислоте в белке.

Если произошло удаление в гене фрагмента ДНК, не кратное трем нуклеотидам, происходит сдвиг рамки считывания — кодировка изменяется. Это можно было бы сравнить с ситуацией, когда после вырванных страниц во всей оставшейся книге все буквы заменятся на следующие по алфавиту.

Получится абракадабра. Вот то же самое происходит с неправильно синтезируемым белком».

Биомолекулярный пластырь

Один из эффективных методов генной терапии для восстановления нормального синтеза белка — пропуск экзонов с помощью коротких нуклеотидных последовательностей. В «Марлин Биотех» уже отработана технология работы с геном дистрофина с помощью такого метода.

Как известно, в процессе транскрипции (синтеза РНК) сначала формируется так называемая прематричная РНК, заключающая в себе как кодирующие белок участки (экзоны), так и некодирующие (интроны).

Далее начинается процесс сплайсинга, в ходе которого интроны и экзоны разъединяются и формируется «зрелая» РНК, состоящая только из экзонов. В этот момент некоторые экзоны можно заблокировать, «залепить» с помощью особых молекул.

В итоге в зрелой РНК не окажется тех кодирующих участков, от которых мы предпочли бы избавиться, и таким образом восстановится рамка считывания, белок будет синтезироваться.

«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».

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.

Источник: http://mioby.ru/novosti/gennaya-terapiya-kak-lechat-geneticheskie-zabolevaniya/

Спасет ли генная терапия от рака?

Лечение с помощью генной терапии

В конце 2015-го годовалая девочка Лейла из Великобритании умирала от острого лимфобластного лейкоза — одного из видов рака крови. Традиционные методы лечения — химиотерапия и пересадка костного мозга — не помогли. Врач малышки, Пол Вейс, констатировал: в такой стадии болезнь уже неизлечима. Но родители Лейлы не захотели сдаваться.

Они убедили докторов написать профессору Университетского колледжа Лондона Васиму Касиму, который разрабатывал новый метод генетической терапии рака и согласился попробовать с его помощью вылечить Лейлу.

Касим намеревался «отредактировать» защитные клетки организма так, чтобы они смогли сами уничтожить злокачественные новообразования, без помощи лекарств.

Зачем нужна генная терапия рака?

В 2015 году на онкологические заболевания пришлось 15% всех смертей в мире. По прогнозу ВОЗ, к 2030 году их доля вырастет до 18%. Чтобы снизить смертность от рака, нужны  эффективные способы ранней диагностики и более продвинутые методы лечения.

Подходы к лечению рака, которые используют сегодня, эффективны на ранней стадии заболевания. Если болезнь выявляют рано, химиотерапия и лучевая терапия помогают вылечить до 95% пациентов. Но при нынешней системе здравоохранения в России как минимум 20% больных раком обращаются за помощью на поздней стадии, когда вероятность выжить — не больше 25-30%.

Для того, чтобы выявлять рак на ранней стадии у всех больных, нужно проводить регулярные скрининги населения на все виды онкологии. Такого нет нигде в мире — это крайне дорого и, в большинстве случаев, бессмысленно. «Онкомаркеры [специфические вещества, которые обнаруживаются в крови и/или моче больных раком — прим. ред.

] совершенно ни о чем не говорят: они могут быть повышены у здорового человека и быть в норме у больного. Имеет смысл использовать онкомаркеры только для наблюдения за динамикой пациента, который уже проходит лечение. От маммографии, которую назначают всем женщинам после 35 для мониторинга рака груди, иногда вреда больше, чем пользы.

Флюорография обнаружит рак легких только на поздней стадии, когда сделать уже почти ничего нельзя.

А при полной МРТ всего тела почти у каждого человека можно найти «что-то, похожее на рак», что повлечет за собой еще ряд дорогостоящих, зачастую болезненных и совершенно ненужных обследований», — говорит исполнительный директор Фонда профилактики рака Илья Фоминцев.

Второй вариант — разработать методы лечения, которые будут эффективны даже на поздних стадиях развития болезни. Наиболее популярное сегодня средство —химиотерапия — в запущенных случаях работает плохо.

К примеру, при лечении последней, четвертой стадии рака желудка выживаемость в течение пяти лет составляет 15-20% (то есть через пять лет умрут от 75 до 80% больных, прошедших терапию), рака яичников — не более 5%.

И для того, чтобы получить этот шанс на излечение, нужно пройти много курсов химиотерапии, которая истощает организм: используемые препараты вместе со злокачественными убивают и здоровые клетки.

К тому же, во многих случаях вырабатывается резистентность — клетки опухоли адаптируются и больше не реагируют на вещества, используемые для химиотерапии.

Детям, которые, как Лейла, заболели лейкозом, традиционные методы лечения помогут выздороветь в 90% случаев. У менее удачливых 10% случается рецидив — после него часто развивается резистентность к «химии», шансы выжить уже не более 30%.  Этих и многих других людей, на которых не действуют привычные методы, может спасти генная терапия.

Генетически модифицированный иммунитет

Ученые придумали несколько вариантов того, как можно отредактировать гены, чтобы избавить человека от рака.

Один из них, довольно простой и поэтому популярный: взять у пациента Т-лимфоциты — его собственные защитные клетки — и ввести в них ген рецептора, который распознает клетки опухоли.

Рак распространяется в организме потому, что защитные силы человека не распознают делящиеся клетки как чужеродные и вовремя не уничтожают их. Почему происходят такие сбои в защитной системе до конца неизвестно — механизм работы иммунитета слишком сложен.

Вместо того, чтобы пытаться починить всю систему в целом, ученые придумывают способы обучить Т-лимфоциты целенаправленно «узнавать» клетки опухоли и бороться с ними.

Вирусы против рака

При помощи генной терапии в Детской больнице Филадельфии уже вылечили американку Эмили Уайтхед и еще несколько десятков детей.

В 2010 году пятилетней Эмили поставили тот же диагноз, что и маленькой Лейле — острый лимфобластный лейкоз.

Девочка попала в те самые несчастливые 10% — спустя 16 месяцев терапии у нее случился рецидив, и на традиционные способы лечения организм больше не реагировал.

Тогда врачи Эмили включили ее в экспериментальную программу по редактированию Т-лимфоцитов. Доктора собрали ее клетки и ввели в них ген рецептора к белку CD19, который расположен на поверхности злокачественных клеток у больных лейкозом.

Необходимую генетическую информацию доставили в Т-клетки при помощи обезвреженных ретровирусов — это вирусы, к которым относится, например, ВИЧ, умеют встраивать свою ДНК в гены человека.

Затем отредактированные Т-лимфоциты, которые «научились» распознавать и убивать мутировавшие клетки, ввели обратно в организм Эмили.

Через несколько недель после этой процедуры врачи обследовали девочку и объявили, что она здорова. Эмили скоро исполнится 12 лет, с 2012 года в ее организме больше не обнаруживали следов рака.

После успешного излечения первого пациента врачи больницы Филадельфии применили эту терапию, которую назвали CTL019, еще к сотне больных детей, которые не отвечали на другие виды лечения. Эффективность составила 90%.

Метод CTL019 используют не только в Детской больнице Филадельфии. Сегодня в Университете Пенсильвании проводятся полноценные клинические испытания этой терапии против лимфобластного лейкоза, а также других видов рака крови — лимфомы  и лейкемии — в том числе у взрослых.

Финансирует исследования крупная фармацевтическая компания Novartis. В этих исследованиях эффективность терапии составляет примерно 50%.

Если Novartis получит одобрение Управления по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA, американский аналог Роспотребнадзора), препарат на основе CTL019 может появиться на рынке уже в 2017 году.

Генетические «ножницы»

Технология, которую применил Васим Касим для лечения годовалой Лейлы, сложнее. Теоретически, Лейле могла бы помочь терапия CTL019, если бы не одно «но»: в организме девочки почти не осталось здоровых Т-клеток — она была слишком мала и слишком больна. Тогда Касим решил пересадить Лейле Т-лимфоциты от донора.

Лечение онкологических больных при помощи донорских Т-клеток, с одной стороны, имеет хорошие перспективы. Клетки от одного донора можно модифицировать и пересадить сотням пациентов — это гораздо дешевле, чем редактировать клетки каждого больного.

С другой стороны, в организме пациента донорские Т-лимфоциты могут воспринять все, в том числе здоровые клетки, как чужеродные — и начать уничтожать их.

Более того, собственные Т-клетки пациента, если они еще не до конца ослаблены болезнью и лекарствами, могут принять донорские клетки за «врага» и уничтожить их.

Чтобы этого не произошло, Касим предварительно отредактировал Т-клетки донора.

Он вырезал ген, который отвечает за распознавание клеток пациента как чужеродных, и добавил ген рецептора, который воспринимает белок CD19 на поверхности опухолевых клеток.

Таким образом, после модификации Т-клетки донора должны были атаковать только злокачественные клетки. Потом он вырезал еще ген у донорских клеток, сделав их «невидимыми» для иммунитета Лейлы.

5 ноября 2015 года на пресс-конференции в Лондоне лечащие врачи Лейлы объявили, что она здорова. Окончательные результаты можно будет оценить лишь через пару лет после завершения терапии, но на данный момент в организме девочки не осталось следов рака.

Надежда на CRISPR/Cas9

Метод Васима Касима отличается от более ранних видов генной терапии тем, что позволяет не только добавить нужные гены, но и вырезать «вредные». Более того, подобные генетические «ножницы» в теории дают возможность отредактировать любые клетки организма. Многие ученые считают, что такой подход наиболее перспективен для генной терапии рака.

«Добавить какой-то ген в отдельные клетки, например, Т-лимфоциты, в пробирке не трудно. Гораздо сложнее отредактировать все клетки во всем организме, вырезать из них все «вредные» гены или, наоборот, добавить полезные.

Пока мы не научились этого делать, но, если ученым удастся найти способ, мы сможем не только лечить рак, но и избавлять людей от тяжелых генетических заболеваний», — говорит руководитель отделения онкодиагностики биомедицинского холдинга «Атлас» Владислав Милейко.

21 июня 2016 года этическая комиссия США одобрила первое исследование по редактированию ДНК человека при помощи перспективной генетической технологии CRISPR/Cas9 — технологию будут использовать для борьбы с раком. CRISPR/Cas9 — это комплекс ферментов, которые работают как генетические «ножницы». В основе их работы лежит механизм, похожий на поиск преступника по фотороботу.

Ученые встраивают в один из компонентов системы последовательность ДНК, которую нужно найти и распознать. Когда «враг» обнаружен, в работу включается белок-«ножницы» Cas9, который вырезает соответствующий ген.

Специалисты по генной терапии рака предположили, что с помощью CRISPR/Cas9 можно прямо внутри организма вырезать гены злокачественных клеток, работа которых мешает иммунитету бороться с болезнью.

В клинических исследованиях ученые Пенсильванского университета при помощи технологии CRISPR «отключают» в иммунных клетках ген, кодирующий белок PD-1 — он обезвреживает Т-лимфоциты и не дает им бороться с опухолями. В опытах на мышах отредактированные при помощи CRISPR/Cas9 Т-клетки гораздо лучше справлялись с опухолью в легких, чем обычные Т-клетки.

«Наши предварительные данные показывают, что технология CRISPR/Cas9 сделает Т-лимфоциты гораздо более эффективными в борьбе с раком», — говорит специалист по генной терапии рака из Пенсильванского университета Карл Джун. В ближайшие два года в клинических испытаниях Джун и его команда планируют с помощью CRISPR/Cas9 лечить людей с множественной миеломой, меланомой и саркомой.

Исследователи во всем мире в ближайшее время ждут всплеска новых работ по внедрению CRISPR/Cas9 (в частности, для лечения рака) в США. Дело в том, что недавно американские власти наконец выдали патент на эту технологию.

А вот предприимчивые китайцы уже запустили первую программу редактирования генома в октябре 2016 года. Технологию CRISPR/Cas9 китайские ученые использовали в клинических испытаниях новой терапии рака легких. Научное сообщество с нетерпением ждет результатов, а онкологи из Китая уже планируют аналогичные испытания для лечения рака простаты, мочевого пузыря и карциномы почек.

Появится ли волшебная генетическая «таблетка» от рака?

У методов генной терапии, которые используют в лечении раковых больных сегодня, есть существенные ограничения.

В основном с их помощью редактируют Т-лимфоциты, причем очень специфическим образом: обучая их распознавать единственный белок и бороться с определенным видом опухолевых клеток.

Такой подход эффективно работает при заболеваниях крови. С лечением других видов рака генными методами все сложнее.

«В случае с лейкемией и другими видами злокачественных заболеваний крови отредактированные Т-лимфоциты попадают прямо в кровоток, где они тут же начинают уничтожать раковые клетки.

Если говорить о других опухолях, нужно еще придумать, как доставить модифицированные Т-лимфоциты к нужному органу в достаточном количестве, особенно если этот орган не слишком хорошо снабжается кровью», — объясняет Владислав Милейко.

Помимо проблем с доставкой Т-лимфоцитов к выбранному органу, перед учеными встает вопрос поиска нужных антигенов — белков на поверхности злокачественных клеток, которые помогают иммунитету распознать их как чужеродные и уничтожить.

Заболевания крови в этом смысле более простые — все раковые клетки несут на поверхности один и тот же белок-антиген.

Другие злокачественные образования, в частности, опухоли, имеют более сложное строение и могут нести много разных антигенов.

Директор отделения хирургической онкологии клиники Мерси в Балтиморе, США Вадим Гущин объясняет суть проблемы: если модифицировать Т-клетки на борьбу лишь с одним антигеном, они убьют только часть раковых клеток, а остальные продолжат расти. Сегодня исследователи ищут технологию, которая позволит прямо в организме распознавать антигены, необходимые для борьбы с опухолью, и получать такие Т-лимфоциты, у которых будут рецепторы к этим антигенам.

«Будет ли этой технологией CRISPR/Cas9 или какая-то другая методика — пока непонятно. Разработок в этой сфере ведется очень много. Из всех проектов моих коллег, которые занимаются исследованиями в этой области, 9 из 10 закончились ничем. Но это нормальный научный процесс — надеюсь, рано или поздно одна из технологий выстрелит», — говорит Вадим Гущин.

Кроме того, пока генная терапия рака — это очень дорого: курс лечения, по оценкам экспертов Citigroup, стоит около 500 тысяч долларов, что в 10-20 раз превышает стоимость традиционной терапии. Но эксперты уверены, что рано или поздно этот вид терапии станет куда более доступным.

«Первая расшифровка генома человека в 2000 году стоила 3 млрд долларов, сейчас она обойдется в несколько тысяч. Точно так же генные методы терапии в недалеком будущем станут гораздо дешевле», — предрекает Вадим Гущин.

С ним согласен и Владислав Милейко: «Раньше ученые больше размышляли о генной терапии в контексте лечения редких генетических мутаций. А проблема редких заболеваний именно в том, что они редкие — лекарства от них априори будут стоить очень дорого. Разработки генной терапии против рака интересны миллионам.

Если ученым удастся найти эффективную технологию лечения, рано или поздно за счет своей массовости она станет доступной».

Источник: https://techfusion.ru/gene-therapy-vs-cancer/

Генная инженерия в медицине — уникальные технологии лечения

Лечение с помощью генной терапии

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.

    2381      

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

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

Все, что следует знать о генной терапии

Лечение с помощью генной терапии
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: https://www.infoniac.ru/news/Vse-chto-sleduet-znat-o-gennoi-terapii.html

Медицина и здоровье
Добавить комментарий