Исследователи из Национального института здоровья разработали новый и улучшенный вирусный вектор – носитель на основе вируса, доставляющий терапевтические гены – для использования в генной терапии серповидноклеточной анемии. Исследователи сообщают, что в расширенных лабораторных испытаниях с использованием моделей на животных новый вектор был до 10 раз более эффективным при включении корректирующих генов в стволовые клетки костного мозга, чем традиционные векторы, используемые в настоящее время, и имел пропускную способность в шесть раз выше.
Разработка вектора может сделать генную терапию серповидно-клеточной анемии намного более эффективной и проложить путь для более широкого ее использования в качестве метода лечения болезненного, опасного для жизни заболевания крови. Серповидно-клеточная анемия поражает около 100 000 человек в США и миллионы людей во всем мире.
"Наш новый вектор – важный прорыв в области генной терапии серповидно-клеточной анемии," сказал старший автор исследования Джон Тисдейл, М.D., руководитель отделения клеточной и молекулярной терапии в Национальном институте сердца, легких и крови (NHLBI). "Это новичок в блоке, и он представляет собой существенное улучшение нашей способности создавать высокопроизводительные и высокоэффективные векторы для лечения этого разрушительного расстройства."
Исследователи годами использовали носители на основе вирусов в экспериментах по генной терапии, где они оказались очень эффективными для доставки терапевтических генов в стволовые клетки костного мозга в лаборатории, прежде чем возвращать их в организм. Но в их конструкции всегда есть возможности для улучшения, чтобы повысить эффективность, отмечает Тисдейл. Он сравнил новый автомобиль на основе вирусов с новым улучшенным автомобилем, производство которого на заводе намного проще и дешевле.
Исследование было поддержано NHLBI и Национальным институтом диабета, болезней органов пищеварения и почек (NIDDK), которые входят в NIH. Он был опубликован в Интернете сегодня в Nature Communications.
Серповидно-клеточная анемия – это наследственное заболевание крови, вызванное мутацией или неправильным написанием гена бета-глобина (или гена β-глобина). Эта мутация заставляет гемоглобин, основной ингредиент клеток крови, производить серповидные клетки, которые могут прилипать к стенкам кровеносных сосудов, вызывая закупорку, боль, анемию, повреждение органов и преждевременную смерть. С помощью генной терапии врачи модифицируют гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки пациента в лаборатории, добавляя нормальную копию гена бета-глобина с помощью вирусного вектора. Затем они повторно вводят модифицированные стволовые клетки в пациента, чтобы произвести нормальные, дискообразные эритроциты.
В течение последних 30 лет исследователи конструировали эти бета-глобиновые векторы с обратной структурной ориентацией, что означает, что терапевтические гены, включенные в вирус, транслируются, или "читать," справа налево с помощью механизма создания вирусных векторов – это очень похоже на чтение английского предложения в обратном направлении. Причина обратной ориентации – чувствительная экспрессия ключевого молекулярного компонента вектора, называемого интроном 2. Этот сегмент необходим для экспрессии гена бета-глобина высокого уровня, но он вырезается во время обычного процесса подготовки вектора, если его оставить в естественном прямом направлении. По словам исследователей, испытания генной терапии с использованием обратно ориентированных векторов для лечения серповидно-клеточной анемии и бета-талассемии в значительной степени обнадеживают, но этот сложный процесс трансляции генов затрудняет подготовку вектора и эффективность переноса генов.
Около 10 лет назад Тисдейл и Наоя Учида, М.D., Ph.D., штатный научный сотрудник в своей лаборатории искал улучшенное средство доставки – например, проектирование лучшего автомобиля – и решил провести радикальную переработку вектора бета-глобина. Они придумали уникальный обходной дизайн, который оставил интрон 2 нетронутым и создал новый ориентированный вперед бета-глобиновый вектор. В отличие от старого вектора, последовательность гена или "сообщение," нового вектора бета-глобина читается слева направо – как при чтении обычного предложения – что делает подход к трансляции генов менее сложным, пояснил Тисдейл.
Исследователи протестировали новые векторы на мышах и обезьянах и сравнили результаты с обратно ориентированными векторами. Они обнаружили, что новые векторы могут переносить гораздо более высокую вирусную нагрузку – до шести раз больше терапевтических бета-глобиновых генов, чем традиционные векторы – и имеют в 4-10 раз более высокую эффективность трансдукции, что является мерой способности включать корректирующие гены в репопуляцию. клетки костного мозга. Новые векторы также продемонстрировали способность к долголетию, оставаясь на месте через четыре года после трансплантации. Исследователи также обнаружили, что их можно производить в гораздо больших количествах, чем обычные векторы, что потенциально экономит время и снижает затраты, связанные с крупномасштабным производством векторов.
"Наша лаборатория работает над улучшением бета-глобиновых векторов почти десять лет … и, наконец, решила попробовать что-то радикально иное – и это сработало," Тисдейл сказал. "Эти результаты приближают нас к подходу лечебной генной терапии нарушений гемоглобина."
Новый вектор, патент на который NIH имеет, все еще нуждается в клинических испытаниях на людях. Уже около 27 человек с серповидно-клеточной анемией прошли экспериментальную генную терапию с использованием обычных векторов. Посредством своей инициативы Cure Sickle Cell Initiative NIH работает над ускорением разработки этих и других новых генетических методов лечения, включая редактирование генов, с целью поиска лекарства от болезни. Инициатива является частью более широкого многостороннего подхода NIH к снижению бремени болезней крови. Люди с серповидно-клеточной анемией могут посещать клинические испытания.gov, чтобы найти клиническое испытание, в котором активно участвуют.