Все лучше с CRISPR

Как редактирование ДНК может помочь иммунной системе бороться с раком

Человеческий лимфоцит. Снимок сделан при помощи электронного микроскопа. Изображение: Dr. Triche / National Cancer Institute

В США ученые получили одобрение на проведение первых клинических исследований, в которых геном человека будут редактировать с помощью системы CRISPR-Cas9. Таким образом они надеются улучшить перспективную, но пока не слишком эффективную технологию лечения рака.

Технология генетического редактирования CRISPR-Cas9 появилась всего около пяти лет назад, удешевив редактирование ДНК с тысяч до десятков долларов. CRISPR применяют на самых разных организмах, в том числе для редактирования человеческой ДНК. Собственно, когда этот механизм был обнаружен и ученые разобрались, как он работает, возможность применять его для генетического редактирования была впервые показана на культурах человеческих и мышиных клеток.

Технология CRISPR основывается на бактериальном механизме защиты от вирусов. Бактерия хранит в своей ДНК фрагменты ДНК вирусов, которые когда-либо ее заражали. Если вирус снова пытается заразить бактерию, накопленная «библиотека» позволяет ей опознать вирус и с помощью специального фермента разорвать его ДНК в том месте, которое соответствует последовательности, хранящейся в ДНК бактерии. Ученые нашлись способ задавать ферменту, который разрезает ДНК, в качестве образца фрагменты ДНК других организмов, что позволило использовать бактериальный механизм в самых разных видах живых организмов. CRISPR позволяет «отключить» ген, который работает неправильно, или вырезать участок ДНК, в котором произошла «поломка», и заменить нормальным участком.

Интерактивная карта показывает, чей геном и где редактировали с помощью CRISPR
Интерактивная карта показывает, чей геном и где редактировали с помощью CRISPR. Точками на карте отмечены адреса институтов, где работают руководители исследований


Одно из применений этой технологии — лечение заболеваний, с которыми современная медицина справляется не очень успешно. Например, у мышей, которые часто используются как модельные животные для изучения и отработки методик лечения человеческих заболеваний, исследователи смогли вылечить человеческую болезнь — мышечную дистрофию Дюшенна. При помощи CRISPR пробовали лечить катаракту, гепатит B и муковисцидоз.

До сих пор ни одно из этих исследований не прошло путь от экспериментов на животных или культурах клеток до испытаний на людях. Однако недавно Карл Джун (Carl June) и его коллеги из Пенсильванского университета получили одобрение на эксперименты на людях от американского Национального института рака (NIH), взяв первый рубеж на пути к клиническим испытаниям.

Помощь иммунной системе

С помощью CRISPR исследователи усовершенствовали метод лечения опухолей модифицированными лимфоцитами. Лимфоциты в организме отвечают за распознавание и уничтожение чужеродных клеток. Но распознать раковые клетки лимфоцитам сложно, ведь они «на первый взгляд» не сильно отличаются от здоровых клеток этого же организма.

C помощью обезвреженного вируса ученым удалось «внедрить» в лимфоциты искусственный рецептор против опухолевого белка NY-ESO-1. Он позволяет лимфоцитам распознавать и уничтожать раковые клетки, не трогая здоровые. Лимфоциты берут из крови пациента, а после генетической модификации запускают обратно. Эта технология позволяет лечить некоторые виды рака, в основном связанные с поражением крови. Однако часто после успешного лечения заболевание развивается снова.

«Опухолевые клетки умеют ловко «прятаться» от лимфоцитов. Например, они маскируются с помощью специфических белков, подавляющих клеточный иммунитет», — рассказал Владислав Милейко, молекулярный биолог, директор компании «Атлас Онкодиагностика».

Чтобы решить эту проблему, Джун и его коллеги планируют с помощью CRISPR «выключить» в лимфоцитах ген, без которого они лучше справляются со своими обязанностями. Ген кодирует рецептор к белку PD-1. Этот белок есть на поверхности раковых клеток. Он связывается с рецептором на поверхности лимфоцита и не дает ему убивать раковые клетки.
Модель эндонуклеазы Cas9
Модель эндонуклеазы Cas9. Фото: NIH Image Gallery / Flickr


«CRISPR ликвидирует один из механизмов устойчивости опухоли и дает нам надежду, что вот теперь-то лимфоциты точно смогут атаковать опухоль», — сказал Милейко.

Джун и его коллеги планируют проводить испытания на пациентах с миеломной болезнью, меланомой и саркомой. «Лимфоцитам доступны не любые опухоли. Часто клетки опухоли не снабжаются кровью напрямую, и поэтому малодоступны для иммунной системы. Поэтому среди выбранных видов рака два — это опухоли кроветворной системы, до них лейкоцитам проще всего добраться», — пояснил Милейко.

Модифицированные лейкоциты — очень дорогой метод лечения: счет идет на сотни тысяч долларов. Применение CRISPR не сделает его доступнее. «Технология предполагает манипуляции с клетками, это значит, нужны специальные условия работы. Наверное, не стоит рассчитывать, что эта технология сильно упростит и удешевит лечение в обозримом будущем», — объяснил специалист.

Что если что-то пойдет не так

CRISPR не отличается 100-процентной точностью работы, то есть в результате его применения не всегда удается выключить нужные гены. «Точность работы CRISPR в первую очередь волновала FDA. Однако сама технология подразумевает контроль сохранности ДНК в Т-клетках после их модификации. Есть места, в которых с наибольшей вероятностью можно ожидать незапланированные повреждения под действием CRISPR. Эти места ученые проверяют: не возникло ли в них незапланированных поломок. Также нужно помнить, что речь идет о редактировании лишь части клеток пациента», — рассказал Милейко.

После FDA ученые должны получить одобрение еще нескольких организаций. Удастся ли им это сделать, предсказать, конечно, нельзя. «Сейчас на стадии клинических исследований — более двух тысяч препаратов, основанных на изменении ДНК разными методами, не только CRISPR. Даже если что-то пойдет не так с конкретным проектом, я уверен, что в ближайшее время появятся другие, которые получат одобрение», — заключил ученый.
Теги:

Читать еще на Чердаке: