В Соединенных Штатах проводится серия лабораторных исследований, направленных на улучшение генной терапии во всем мире серповидноклеточной анемии, сложного и иногда смертельного наследственного заболевания крови, которое резко влияет на структуру и функцию переносящих кислород красных кровяных телец.
Серповидно-клеточная анемия – разрушительное заболевание, от которого в значительной степени страдают люди африканского происхождения. Генетическое заболевание получило свое название от формы красных кровяных телец пациента, которые имеют форму полумесяца или серпа. Врачи говорят, что это одно из наследственных заболеваний гемоглобина, связанное с бета-талассемией, которая в основном встречается у населения по всему Средиземноморью, в некоторых частях Ближнего Востока и в Азии. При этом заболевании красные кровяные тельца не имеют серповидного типа, но имеют значительно меньший размер, чем обычно, и также нарушаются как переносчики кислорода.
Около десятка клинических испытаний генной терапии проводится в США.S., но лабораторные исследования, направленные на улучшение технологии, остаются исключительно активными и надежными. Целью всех технологий генной терапии заболеваний гемоглобина является производство здоровых дискообразных красных кровяных телец, которые эффективно переносят кислород по всему телу. В случае серповидно-клеточной анемии лечение устраняет ряд медицинских проблем – гемолитическую анемию, боль и повреждение органов.
В Национальном институте сердца, легких и крови в Бетесде, штат Мэриленд, доктор. Наоя Учида и его коллеги разработали новую стратегию генной терапии серповидно-клеточной анемии и других заболеваний гемоглобина, которая повышает уровень гемоглобина плода за счет увеличения концентрации гамма-глобина. Гемоглобин плода вырабатывается во время развития плода и более эффективно переносит кислород, чем его взрослый аналог. Производство гемоглобина плода – это способность, которую можно восстановить с помощью генной терапии. Повышение уровня гемоглобина плода не только увеличивает транспорт кислорода, но и резко снижает частоту осложнений заболевания.
"Серповидно-клеточная анемия приводит к значительной заболеваемости и сокращению продолжительности жизни," Учида и его коллеги написали в журнале Science Translational Medicine. "Доказано, что с помощью генной терапии гемопоэтическими стволовыми клетками трудно достичь терапевтического производства гамма-глобина.
Точно так же, как уровни гемоглобина плода повышаются с помощью переосмысленной и улучшенной формы генной терапии, Учида и группа ученых из Института сердца, легких и крови разработали метод повышения уровня гамма-глобина в рамках одного курса генной терапии. Гамма-глобин является компонентом молекулы гемоглобина, железосодержащего металлопротеина, переносящего кислород, в красных кровяных тельцах. Гамма-глобин является членом суперсемейства глобиновых белков, участвующих в связывании и транспортировке кислорода.
На сегодняшний день последнее исследование Учиды по улучшению результатов для пациентов проводилось только на моделях крупных и мелких животных. Есть надежда перенести этот метод на клинические испытания на людях. Другое исследование команды с участием небольшой группы пациентов, результаты которого были опубликованы в конце прошлого года, оказалось успешным. Текущая серия исследований основана на многолетних исследованиях методов тонкой настройки генной терапии при нарушениях гемоглобина.
"Генная терапия гемопоэтическими стволовыми клетками при нарушениях гемоглобина, включая серповидно-клеточную анемию, требует высокоэффективного переноса лентивирусного гена и надежной терапевтической экспрессии глобина в эритроидных клетках," Учида и его коллеги написали. Эритроидные клетки также известны как эритроциты или, проще говоря, красные кровяные тельца.
Нарушения гемоглобина делятся на две широкие категории: синдромы талассемии, такие как бета-талассемия, или структурные гемоглобинопатии, такие как серповидно-клеточная анемия. При синдромах талассемии эритроциты не только маленькие, но и организм просто не производит достаточного количества гемоглобина для доставки кислорода к тканям. При структурной гемоглобинапатии эритроциты аномально искажены, тем самым ограничивая транспортировку кислорода к тканям. У пациентов с серповидно-клеточной анемией форма полумесяца может вызвать серьезное застревание деформированных эритроцитов, которым трудно перемещаться по сосудам и капиллярам. Конфигурация этих клеток не позволяет им легко скользить по сосудистой сети, как и здоровые эритроциты в форме диска.
Между тем ссылка Учиды на лентивирусный перенос подчеркивает использование группой деактивированного лентивируса в качестве носителя – или вектора – для переноса генов корректирующего переноса в хромосомы. Этот тип вектора предпочитают разработчики нескольких типов генной терапии нарушений гемоглобина. Учида и его коллеги отметили в своем исследовании, что одним из недостатков современных методов генной терапии является отсутствие надежного терапевтического эффекта для некоторых пациентов. По их словам, изменение техники так, чтобы лентивирусный вектор доставлял более целевую нагрузку, в конечном итоге может улучшить результаты и сделать генную терапию возможным вариантом для большего числа пациентов.
Поскольку текущие стратегии не всегда имеют сильный терапевтический эффект, команда решила это ограничение, изменив лечение, чтобы кодировать усеченный рецептор эритропоэтина, молекулы, критически важной для образования красных кровяных телец. Они дополнительно сконструировали вектор для доставки микроРНК, которая подавляет регулирующий гемоглобин ген BCL11A. За счет подавления экспрессии BCL11A включается производство гемоглобина плода. Увеличение гемоглобина плода производит форму белка, которая не вызывает серповидности и, следовательно, напрямую снижает гемоглобин в форме полумесяца.
"Мы разработали эритроид-специфические… векторы, повышающие индукцию фетального гемоглобина у мышей с ксенотрансплантатом и макак-резус," Учида и соавторы написали. "Устойчивая индукция гемоглобина плода … может представлять собой жизнеспособную стратегию генной терапии при нарушениях гемоглобина."
Как наследственное заболевание крови серповидно-клеточная анемия вызывается мутацией одного гена или неправильным написанием гена бета-глобина. Согласно исследованию Учиды, когда в прошлом для исправления генетического дефекта применялась генная терапия, врачи сначала модифицируют кроветворные стволовые клетки пациента в лаборатории, добавляя нормальную копию гена бета-глобина через вирусный вектор. Затем врачи повторно вводят модифицированные стволовые клетки пациенту для производства нормальных красных кровяных телец в форме диска. Учида и его коллеги надеются, что в недалеком будущем этот метод дополнительно включает повышение уровня гемоглобина плода и гамма-глобина.
Около 7 процентов населения мира являются носителями гена, который может привести к нарушению гемоглобина. Большинство из этих людей имеют генетические корни в Африке, Средиземноморье и Азии. Медицинские теоретики давно утверждали, что серповидно-клеточная анемия и связанные с ней заболевания эволюционировали как один из естественных способов борьбы с малярией, паразитарным заболеванием, передающимся комарами. Согласно теории, малярийный паразит не может функционировать в плохо сформированных клетках крови.