То, что произошло, грандиозно не только само по себе. Редактирование оснований, как ясно уже сегодня, имеет все возможности для того, чтобы произвести революцию в медицине.
Британские врачи отвечают на вызов
В 2015 году ученые и врачи лондонской больницы Грейт-Ормонд-Стрит спасли жизнь годовалой девочке, умиравшей от острого лимфобластного лейкоза. В наше время этот страшный некогда диагноз, как и диагноз лейкемии, больше не считается приговором, а стандартной формой лечения является пересадка костного мозга от родственного или неродственного донора, подошедшего на основании сравнения их ДНК с ДНК больного: чем выше совпадение, тем больше шансов на успех.
Что такое острый лимфобластный лейкоз?
Это злокачественное заболевание системы кроветворения, характеризующееся неконтролируемой продукцией незрелых лимфоидных клеток (лимфобластов). Из всех случаев детского рака это самый частотный. Заболевание протекает с поражением костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, вилочковой железы, а также других органов.
90% детей и подростков с острым лимфобластным лейкозом выживают и поправляются, однако маленькая Лайла чуть было не попала в 10% тех, кому не повезло, но ее вовремя спас суперсовременный и, можно сказать, весьма изощренный метод лечения – редактирование генома. Она стала первым человеком, выжившим благодаря этому методу, хотя ранее были иные попытки использовать его, вызывавшие, правда, неоднозначное отношение.
Редактирование редактированию рознь
Своеобразные молекулярные ножницы CRISPR/Cas9 ученые не раз опробовали на подопытных животных. Они способны разрезать цепочку ДНК с мутацией и заново собрать ее уже правильным образом, однако проблема заключается в том, что, исправив генетический дефект, CRISPR/Cas9 вносил в ген некоторые незапланированные экспериментаторами изменения. И хотя в проводимых исследованиях они не приносили никакого вреда на физическом уровне подопытным мышам, исключить полностью возможность негативных эффектов при применении метода у людей авторы исследования не могли.
Именно вероятность ошибок и стала причиной того, что медицинское сообщество сочло этически неприемлемым использование этой биотехнологии китайским генетиком Хэ Дзя для предупреждения ВИЧ у близнецов Лулы и Наны, зачатых при помощи ЭКО от ВИЧ-положительного отца.
Вроде бы девочки родились здоровыми, но поскольку не было публикаций о дизайне эксперимента и его результатах, соответствующих мировым стандартам, научное сообщество не могло сделать никаких выводов об эффективности и безопасности проведенного медицинского вмешательства, не говоря уже о том, что риск Лулы и Наны родиться с ВИЧ был и так очень невелик.
В 2018 году, когда Хэ Дзя объявил об успехе своего эксперимента, он был заключен под стражу китайскими властями и вышел из тюрьмы лишь в апреле 2022 года. Девочки же, настоящие имена которых от публики скрываются, до сих пор живы и здоровы, и в отношении их обсуждается еще один этический вопрос: не будет ли дальнейшее наблюдение ученых за Лулой и Наной вмешательством в их личную жизнь.
Как лечили Лайлу
Но вернемся к маленькой пациентке больницы Грейт-Ормонд-Стрит.
В возрасте трех месяцев Лайла получила диагноз острый лимфобластный лейкоз и была немедленно госпитализирована. Врачи начали лечение в соответствии с современными медицинскими стандартами. Маленькая девочка получила курс химиотерапии, а затем – пересадку костного мозга.
Улучшение самочувствия Лайлы продлилось недолго. Рецидив болезни случился уже через два месяца. Команда врачей больницы призвала на помощь Вазима Касима, научного сотрудника Университетского колледжа Лондона, который в то время работал над методом лечения злокачественных заболеваний, представляющим собой генно-инженерную терапию, которая сегодня успешно применяется под названием CAR-T-клеточная терапия.
Ее идея заключается в следующем. Врачи производят забор иммунных клеток у пациента, а затем модифицируют их, нацеливая на раковые клетки в организме. Для этого они добавляют к ним ген рецептора белка CD19 под названием CAR-19, который они помещают снаружи Т-клетки. Таким образом, модифицированная Т-клетка пациента нацеливается на поиск и уничтожение его же клеток с белком CD19 на поверхности, а именно эти клетки и несут лимфобластный лейкоз.
Но тут Касиму пришлось столкнуться с трудностью. Дело в том, что у Лайлы не хватало собственных Т-клеток, поэтому взять их и перепрограммировать не представлялось возможным.
И тем не менее ученый и его коллеги-врачи, боровшиеся за спасение девочки, нашли выход. Они использовали донорские клетки, но модифицировали их, «выключив» ген, который позволил бы иммунной системе Лайлы опознать их как чужие и уничтожить.
Именно так и произошло. Раковые клетки были уничтожены генно-модифицированными донорскими Т-клетками, а через три месяца Лайле еще раз произвели пересадку костного мозга, и тогда ее собственная иммунная система была восстановлена. Она опознала ранее введенные модифицированные клетки как чужие и удалила их. После этого у Лайлы в организме не осталось ни раковых, ни генно-инженерных клеток.
А в 2022 году больнице Грейт-Ормонд-Стрит снова пришлось столкнуться с вызовом. На этот раз стандартное лечение не сработало для девочки-подростка Алиссы.
Почему для Алиссы потребовалось новое решение
Рак Алиссы тоже был очень агрессивен, и ни химиотерапия, ни пересадка костного мозга ей не помогли, при этом Алиссина ситуация оказалась даже сложнее, чем у Лайлы.
Дело в том, что у малышки был острый лимфобластный лейкоз В-клеточного происхождения (на его долю приходится порядка 80–85% всех случаев), у Алиссы же был диагностирован Т-клеточный острый лимфобластный лейкоз, значительно более редкий.
Если у Лайлы было недостаточно собственных Т-клеток для борьбы с раком, то у Алиссы Т-клетки и были раковыми.
Перед учеными встала задача – создать Т-клетки нового типа, которые бы обнаружили раковые Т-клетки в организме девочки и расправились с ними.
Как мы уже знаем, молекулярные ножницы CRISPR/Cas9 на первоначальном этапе не являлись суперточными. Молекула ДНК представляет собой двойную спираль, и CRISPR/Cas9 разрезает обе, затем вносит в структуру необходимые изменения и склеивает их обратно, и всегда остаются опасения, что таким образом можно внести какие-то незапланированные изменения.
Метод редактирования оснований, впервые предложенный группой ученых из Гарварда шесть лет назад, значительно повышает точность процедуры, так как при его помощи можно избежать разреза обеих нитей, расплести лишь одну и при этом довольно точно внести изменения в «текст» генома.
Условный текст написан всего четырьмя «буквами» – азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеиновых кислот, которые в свою очередь в определенных последовательностях формируют белки молекул ДНК. Буквы-основания – это аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т).
Ученым удалось создать систему редактирования, подобную текстовым редакторам, которыми мы все пользуемся. Сначала выполняется поиск небольшого фрагмента текста, затем он удаляется, затем на его место вставляется новый фрагмент.
Именно такие манипуляции проводили врачи лондонской больницы с Т-клетками здорового донора, чтобы нацелить их на поражение раковых Т-клеток в организме Алиссы. Каждое редактирование оснований включало в себя разрушение определенного участка генетического кода, чтобы он больше не работал.
Как лечили Алиссу
За дело взялась большая команда врачей, которая провела редактирование донорских Т-клеток, совершив несколько «копипастов».
На первом этапе врачи отредактировали донорские Т-клетки, удалив специальный рецептор на их мембране, без которого они не смогут атаковать здоровые клетки Алиссы. Затем они «срезали» маркер CD7, который присутствует на всех Т-клетках. Это было необходимо для того, чтобы организм Алиссы не уничтожил их, когда начнет охотиться за собственными раковыми Т-клетками. Третья правка позволила предотвратить гибель клеток от химиотерапии, сделав их «невидимыми» для лекарства.
Итак, безопасность Алиссы при получении донорских клеток и безопасность этих клеток внутри Алиссы были обеспечены.
И, наконец, Т-клеткам «приклеили» новые рецепторы для того, чтобы прицельно атаковать и разрушить раковые клетки.
После получения таким образом созданного препарата организм Алиссы освободился от рака, но собственных здоровых Т-клеток у нее по-прежнему не было, и она оставалась уязвимой для инфекций, поэтому в течение месяца девочка находилась в больнице в условиях изоляции.
Через месяц ей сделали вторую пересадку костного мозга, чтобы восстановить ее иммунную систему, и в настоящий момент можно с уверенностью сказать, что девочка здорова.
«Алисса – первая пациентка, которую лечили с помощью этой технологии», – говорит профессор Вазим Касим, который продолжает работать в команде врачей больницы Грейт-Ормонд-Стрит.
Огромный потенциал
Один из создателей метода, доктор Дэвид Лю, в своем комментарии ВВС признается, что все произошедшее кажется ему сюрреалистичным. Всего 6 лет прошло после того, как его научная группа опубликовала статью о принципах нового метода, и вот уже он применен для спасения жизни при терминальном раке. А метод, заметим, совсем не простой, требующий глубокой продуманности и ювелирной точности на каждом из этапов.
Впервые человечество получило инструмент, при помощи которого можно будет лечить большую часть генетически обусловленных болезней, как сегодня говорят ученые – до 89%!
Такое тяжелое заболевание, как, например, серповидноклеточная анемия, обусловлено лишь единственной мутацией (заменой лишь одного основания), которую можно будет исправить. Сейчас уже ведутся исследования в области лечения этого заболевания, а также еще одной болезни крови – бета-талассемии.
«И это только начало», – говорит доктор Лю. «Я считаю для себя большой честью быть причастным к новой эре в медицине, открываемой терапией генного редактирования», – добавляет он.
А 13-летняя Алисса и ее семья безмерно счастливы. Мать девочки Киона признается, что в прошлом году в ожидании Рождества она думала, что для Алиссы оно станет последним. Все, что случилось потом, говорит Киона, стало чудом. В канун Рождества нынешнего очень хочется верить, что оно повторится для множества семей.
Источники:
Gene editing saves girl dying from leukaemia in world first
Base editing: Revolutionary therapy clears girl’s incurable cancer
Расплести и переписать: создан новый метод редактирования генома