Медицинские исследования: редактирование геномов
В медицине явный тренд — молекулярная биология и генная терапия. Важнейшие открытия в этой области либо только-только вошли в клиническую практику, либо скоро появятся.
Самые значимые недавние события в нашем направлении основаны на открытиях, сделанных в предыдущие 5–10 лет. Это прежде всего использование технологий для клинических целей. Так, в США и Великобритании одобрена первая терапия на основе редактирования генома: для лечения серповидно-клеточной анемии. Само открытие было сделано в 2011–2012 гг. Вся базовая работа была проведена до этого.
В мире 2020–2022 годы прошли под эгидой пандемии, это привело к тому, что огромное количество лабораторий двинулись в область этой проблемы. И это привело к прогрессу в области вирусологии. Мы стали знать про вирусы и вакцины гораздо больше. Опять же, стоит отметить Нобелевскую премию за вакцину на основе модифицированных РНК.
На мой взгляд, из самого важного — начинается переход, реальный переход к активному использовать гентерапевтических методов для терапии широкого круга заболеваний. В прошлом году сразу две страны разрешило применять ее по наследственным анемиям. Гентерапевтическое воздействие в этом случае совсем не простое. Мы не напрямую меняем мутантный ген, а другими способами. Наследственная анемия — очень характерный пример, когда не лечится конкретный вариант анемии, а убирается ген, который блокирует экспрессию фетального гемоглобина. В итоге у пациента просто начинает опять экскретироваться гемоглобин F, который и лучше переносит кислород, и тем самым избавляет от анемии. Видов анемии огромное количество, и под каждую придумать свою таблетку сложно, так что такой вариант лечения очень элегантный.
Я, как ученый, почти всю жизнь занимаюсь регуляторными пептидами, для меня эта область очень интересна, потому что я, все-таки, физиолог. Физиология - это про функции организма. И наша наука находится на стыке, собственно, фундаментальных исследований и реальных проблем здоровья.
Регуляторные пептиды — это молекулы, которые передают сигналы в самых разных системах, в нервной, иммунной, эндокринной. Регуляторные пептиды химически нестойкие, и использовать их в качестве лекарственных препаратов сложно. Хотя отдельные примеры уже существуют. Скажем, российский гептапептид «Семакс», это была первая ласточка.
За последнее десятилетие в мировой науке регуляторными пептидами стали заниматься гораздо серьезнее, потому что, действительно, у них есть ряд потрясающих свойств. Например, очень избирательное действие, когда вы можете повлиять на что-то, не затрагивая другие системы. На слуху препараты, связанные с глюкагон-подобным пептидом, которые лечат диабет - а еще регулируют аппетит. Причем придуман способ, как помочь этим молекулам пройти через слизистую желудка. Еще аминокислоты внутри пептидных молекул модифицируют, делают соединение более стойким.
С помощью регуляторных пептидов можно управлять уровнем тревоги и даже материнской мотивацией, то есть использовать как препараты для лечения послеродовой депрессии; есть работы с расстройствами аутистического спектра.
И здесь у нашей отечественной науки очень большой задел. В частности, в Институте фармакологии глубокие и позитивные наработки, касающиеся факторов роста нервов. Там есть команда (под руководством чл.-корр. РАН Т.А. Гудашевой), которая практически довела исследования до клинических испытаний. Но нужны финансовые вливания, чтобы превращать молекулу, которая доказала свою эффективность на лабораторных животных и различных тканевых культурах, в реальное лекарство. Наша кафедра (заведующий д.б.н. Д.В. Абрамочкин) вместе с белорусскими колегами уже несколько лет изучает ноотропные эффекты аналогов нейропептида вазопрессина.
Среди важнейших прорывов — введение в клиническую практику лечения серповидноклеточной анемии с помощью геномного редактирования. Несмотря на кажущуюся «узость» темы с моей точки зрения, это действительно прорыв, т.к. это первый успешный опыт практического применения технологии, которая раньше использовалась лишь в исследовательских целях, однако имеет очень широкие перспективы «масштабирования» в различных областях клинической медицины.
Если брать онкологию, я, честно говоря, надеюсь, что в ближайшее время количество исследований в области циркулирующей опухолевой ДНК (цоДНК) перейдет в качество, т.е. произойдет переход от «многообещающих» исследований к клинической практике. Надеюсь, что наконец будет одобрена для клинического применения технология раннего выявления опухолей по содержанию циркулирующей в крови опухолевой ДНК. Подобные технологии позволят «избавиться» от одной из основных проблем раннего выявления и скрининга — неудобства для пациента и инвазивности,
Кроме того, неоспоримую пользу может принести использование цоДНК для прогнозирования наличия остаточной болезни. Лечение ранних стадий различных онкологических заболеваний предусматривает хирургическое удаление всех видимых проявлений опухоли, но у многих пациентов после этого опухоль «возвращается», что обусловлено «реализацией» оставшихся в организме микроскопических отсевов, не выявляемых доступными в настоящее время методами обследований, — микрометастазов.
Именно поэтому многим больным после хирургического лечения проводится адъювантная (дополнительная) системная терапия. Ее задача — уничтожение микрометастазов, если таковые есть. Вот только определить есть ли они у конкретного пациента или нет мы пока не можем, поэтому многих больных «перелечивются».
К примеру, у нас сто больных, которым удалили первичную опухоль и нет видимых проявлений болезни. Из них у 50 есть микрометастазы, у 50 — нет, но отличить их между собой мы не можем, поэтому лечим все 100.
Да, у 50 больных это дополнительный шанс на излечение, что оправдывает применение адъювантной терапии. Но при этом половина не получает от лечения никакой пользы, подвергается ненужной токсичности, расходуются впустую препараты.
Максимум что мы могли — определить вероятность наличия этих отсевов (большая она или маленькая), но для конкретного человека такой «групповой» прогноз нес высокий шанс либо на перелечиваение (микрометастазов нет, а лечение назначено), либо, наооборот — микрометастазы есть, а лечение не назначено, т.к. «групповой прогноз» вроде как благоприятный.
Так вот, недавно было опубликовано несколько работ, которые показывают, что можно перейти к индивидуальному прогнозированию, то есть определить, есть ли в организме конкретного пациента остаточные опухолевые клетки или нет. За счет той самой циркулирующей опухолевой ДНК. И, как мне кажется, это близко уже к выходу в клиническую практику. Это, конечно, громадный прорыв — и экономический, потому что терапия стоит денег, и с точки зрения благополучия пациента.
Важные исследования: разработка доставки в мозг невирусных РНК препаратов. Применение современных препаратов на основе РНК тормозит то, что они не могут преодолеть гематоэнцефалический барьер и попасть в мозг. Решение проблемы доставки в мозг РНК препаратов откроет широкие возможности лечения ряда системных заболеваний. Это и всевозможные опухоли мозга, и нейродегенеративные заболевания (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз).
Почему важно, чтобы векторы были не вирусными? Они не вызывают иммунного ответа. И над этим работают, есть разные идеи. Используют, например фрагменты белка оболочки вируса бешенства. В составе этих белков охарактеризованы такие пептиды, которые связываются с нейрональными рецепторами, и осуществляют доставку связанных с ними молекул и наночастиц внутрь нейрона. Пока такие методы доставки продемонстрированы на мышах, и хотя эффективность не очень высока, можно надеяться, что такие методы будут оптимизированы в будущем.
Вторая, связанная с этим задача, зеркальная ей: создание минимально иммуногенных вирусных векторов. Нужно научиться повторно вводить вирусы, такие как разрешенные к применению аденоассоциированные вирусы, которые кодируют необходимые последовательности, либо для заместительной терапии, либо для того, чтобы подействовать на сплайсинг (вырезание некодирующих фрагментов РНК), либо для того, чтобы подавить экспрессию какого-то гена за счет РНК интерференции. Такие вирусные вектора уже применяются для лечения глазных болезней, мышечной дистрофии Дюшенна и пр. Но повторное введение аденоассоциированых вирусов малоэффективно, а в некоторых случаях опасно. Недавно пациент, которому повторно ввели аденоассоциированный вирус кодирующий ген минидистрофина, умер — реакция оказалась слишком сильной.
Возможно, будет прорыв в специфическом подавлении иммунного ответа на вирусные векторы. Этого можно будет добиться выключением специфических клеток, которые могут взаимодействовать с этими векторами и дают иммунный ответ. Либо плазмаферез, когда очищают кровь от антител и вводят иммуносупрессанты. Это в научном плане задача интересная, и такая технология в случае ее создания сможет найти широкое практическое применение.
К наиболее важным научным достижениям в российской науке я бы отнес разработку коллег химико-биологического кластера ИТМО высокочувствительного наноробота из молекул ДНК, способного быстро обнаруживать наличие возбудителей болезней в образцах, например, взятых со стенок пазухи носа. Его эффективность проверена на COVID-19, но в перспективе ДНК-роботы могут быть адаптированы для выявления и других вирусов. В отличие от ПЦР, предложенный метод не требует использования дорогих реагентов, сложного оборудования и обученного персонала, при этом он не уступает ей в точности.
В составе робота 215 нуклеотидов (базовые структурные части ДНК). Также к нему подсоединены четыре специальных «рычага» — ученые называют их «руками». Чтобы проанализировать образец на наличие инфекции, нужно добавить в него раствор с ДНК-системой и специальное вещество, способное светиться (флуоресцентный субстрат). Робот сможет обнаружить вирус, даже если инфекцияб удет присутствовать в малом количестве.
Алгоритм «поимки» вирусной РНК следующий. ДНК-робот приближается к искомой нуклеиновой кислоте, разворачивает ее своими «руками» и прикрепляется к ней. Эти процессы активируют расщепление субстрата, который можно отследить по холодному свету. Соответственно, если образец будет без РНК вируса, света не будет.
Из открытий послепандемийных лет можно выделить исследования по разработке вакцин от малярии. Мне приходилось бывать в экваториальной Африке, так что понимаю, насколько высок риск стать жертвой этого недуга. Малярия оказывает влияние на миллионы людей, и, скорее всего, вследствие изменения климата проблема будет усугубляться. Ученые Оксфордского университета разработали новую вакцину, которая была в прошлом году рекомендована к использованию Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).
Недавно вышли заметные и интересные работы о способах регуляции воспалительных ответов при инфицировании туберкулезом. Они посвящены тому, как транскрипционные факторы — то есть механизм, который регулирует почти все в организме — в частном случае регулируют воспаление при туберкулезе.
