Sickle cell disease (SCD) является следствием образования hemoglobin S (HbS), обычно возникающего в результате гомозиготности дефектного гена. При низком давлении кислорода молекулы sickle гемоглобина изменяются на патогенные варианты гена серповидных клеток, которые взаимодействуют др. с др., деформируя эритроциты, придавая им классический "sickle" вид. Этот дефект в beta цепочке формирует горб, который соответствует др. комплементарному нарушению молекулы гемоглобина и это позволяет им сгибаться в виде крюка, формируя тетраэдрические кристаллы. Такие хребтообразные агрегаты приводят к преципитации из растворов и к коллапсу эритроцитов и в итоге к потере функции и последующей анемии. Главным детерминантом деформации клеток является скорость и степень образования HbS [1]

Vernon Ingram в Лондоне в 1956 исследовали аминокислоты beta цепочки гемоглобина. Они обнаружили отличие в 6-й аминокислотной позиции в beta цепи, которое оказалось ассоциированным с фенотипом SCD, тем самым была установлена этиология этого состояния. Вместе с W.E Roger Jr. они использовали высокого разрешения кристаллографию для определения структурных различий в beta, но не в alpha цепи, у затронутых индивидов, генные и молекулярные характеристики серповидно-клеточной болезни предоставили фундамент для диагностики [1].

Несмотря на наше понимание молекулярного дефекта и патофизиологических процессов, приводящих к клинической заболеваемости и связанной с ней неблагоприятными клиническими исходам, ведение SCD пациентов остается рудиментарным без какой-либо фармакотерапии, нацеленной на патофизиологию болезни. Боль и тканевые повреждения, как полагают, возникают из-за острой закупорки сосудов слипшимися эритроцитами и лейкоцитами в мелких кровеносных сосудах. Гипоксия и воспаление в дальнейшем увеличивают слипчивость в посткапиллярных венах и усиливают процесс закупорки сосудов [1]. Второй патологический процесс в этом каскаде - это гемолиз, который в свою очередь приводит к анемии. Гемолиз приводит также к высвобождению внутриклеточных химических соединений, которые вносят вклад в состояние повышенной коагуляции, связанной с повреждениями множественных тканей [1].

Неблагоприятные клинические события SCD часто связаны с последующими осложнениями: инфарктом костного мозга, который приводит к возникновению эмболии в легких, усиливая острый грудной синдром. Легочная гипертензия и пролиферативные изменения в кровеносных сосудах, стаз желчи, кожные язвы на ногах, инфекции, нейрологические проблемы и инсульты, все это последствия SCD как результат генерализованной сосудопатии. Как только появляются инсульты обычно у людей в возрасте 20 -30 лет, то вероятность восстановления составляет 60% [1].

Острый грудной синдром является наиболее частой причиной госпитализации. Тяжесть варьирует, но приблизительно 13% нуждаются в механической вентиляции, а 3% умирают. Легочная гипертензия выявляется как осложнение примерно у 6% пациентов SCD. Огромное большинство пациентов SCD с легочной гипертензией погибают от этого осложнения. Левосторонняя болезнь сердца наблюдается у 13% пациентов SCD и является главной причиной диастолической дисфункции. Наблюдается определенный уровень и почечной недостаточности почти у всех пациентов с SCD. Затрагивается в основном medulla почек, где эритроциты становятся дегидратированными и под низким давлением кислорода. Папиллярный некроз и фиброз возникают в medulla, приводя к почечной недостаточности примерно у 30% субъектов [1].

Существует значительная изменчивость фенотипических проявлений SCD. Cooperative Study of Sickle Cell Disease в США [2] установила, что 39% не ощущают боли, тогда как 1% нуждается в 6 или более госпитализациях в год. Обнаруживаются вариации в проявлениях и инсультов, грудного синдрома и преждевременной гибели. Наиболее эффективным модификатором связанных с SCD осложнений является концентрация плодного гемоглобина и совместное наследование alpha thalassemia. Плодный гемоглобин обычно варьирует от 1 до 30% и наследуется как количественный генетический признак. Идентифицированы три основных локуса, которые вносит вклад в 50% изменчивости при SCD [1].

Женщины с SCD и те что беременны характеризуются повышенной заболеваемостью и смертностью как матерей, так и плодов. Preeclampsia и преждевременные роды особенно высоки у женщин с SCD как результат васкулопатии. Это в добавок к ранее упомянутым осложнениям при SCD у всех затронутых индивидов. Переливания крови наиболее распространены во время беременности для снижения болевых приступов и др. распространенных осложнений, но часто обладают своими собственными потенциальными осложнениями, таким как RBC аллоантитела, аутоиммунная анемия и реакция на переливания [3].

Становится ясным, что большинство индивидов с SCD испытывают значительную болезненность и укороченный период жизни. Соотв., радикальная терапии для SCD д. предоставлять убедительное и измеримое улучшение здоровья вместе с ассоциированными улучшениями эмоционального самочувствия. Единственным вмешательством является трансплантация костного мозга, обычно осуществляемая аллогенными hematopoietic stem cells (HSCT). Поскольку HSCT является доказанным методом лечения, он осуществи у менее 15% пациентов и это связано с побочными, потенциально опасными побочными эффектами, особенно с реакциями graft versus host (GVH) [4].

Использование аллогенного костного мозга требует устранение костного мозга реципиента для обеспечения трансплантации. Процесс кондиционирования всегда приводит к потере ооцитов с яичниках с последующим бесплодием. Roux с колл. [5] криоконсервировали овариальную ткань, затем трансплантировали ей спустя 2 года после трансплантации костного мозга. Перитонеальный промежуток создавался по соседству с подвздошными сосудами с помощью лапароскопии и срезы из замороженных яичников помещали тут. Пациентка спонтанно зачавшая имела беспрецедентную беременность и родила ребенка в срок [5].

Целенаправленное редактирование генома SCD мутации в клинически соответствующих гематопоэтических стволовых клетках и клетках предшественниках может позволить аутологичную трансплантацию у некоторых индивидов с SCD. Для трансфекции клеток используется обычно вирус. Crispr/Cas9 система редактирования генов может идентифицровать геномную последовательность, разрезать аномальный генетический участок и заместить дефект откорректированной последовательностью ДНК. [5].

Трансплантация между монозиготными близнецами (MZT) это самый подходящий из аутологических трансплантатов. Трансплантации почек между MZT осуществляются более 60 лет прежде, чем стала возможна иммуносупрессирующая терапия, которая защищает от отторжения. MZT могут отличаться один от др. эпигенетическим дрейфом и паттернами метилирования ДНК, делающих их менее подходящими, чем аутологичные клетки. В самом деле, мезенхимные аутологичные стволовые клетки были использованы для залечивания ран кожи без необходимости иммуносупрессии. Гематопоэтические стволовые клетки были использованы для восстановления костного мозга в случае рака, но часто они неспособны, поскольку болезнь возвращалась. Трансплантации костного мозга были использованы при SCD и приводили к выживанию в 75 и 84% пациентов в течение 6- и 11-лет после трансплантации, соотв. [7].

Использование аутологичных клеток снижает также риск GVH осложнений. Кондиционирование костного мозга должно минимизированным и стволовые клетки должны быть собраны из периферической крови после стимуляции, это тем самым делает их готовыми ко всему. Ожидается, что доля успеха будет больше 90% Т.е. выше, чем при использовании аллогенных стволовых клеток. Трансплантации аутологичных стволовых клеток после их коррекции это дело будущего [8].

Содержание SCD очень затратное для здравоохранения. Показано, что цена содержания в течении жизни пациента с SCD составляет $460151. Напротив трансплантация костного мозга стоит между $75000 и $200000 долларов. Существует от 70000 до 100000 человек с SCD в США и каждый год рождается приблизительно 1500 детей с SCD. Использование аутологичных трансплантаций д. снизить необходимость поиска донора с подходящей комбинацией для успешного снижения sickle гемоглобина в эритроцитах [9]. Мы засвидетельствовали выраженное увеличение и улучшение способности определять генетические и геномные аномалии и коррелировать их с болезненными состояниями.

Генотерапия обычно подразделяется на две категории: терапия соматических клеток и терапия зародышевой линии. Соматическая терапия д. влечь за собой лечение тех детей или взрослых, которые уже были рождены. Классическим примером является дефицит adenosine deaminase. Это нарушение фермента пути утилизации отходов метаболизма purine и является частой причиной некоторых комбинированных иммунодефицитов (SCID). Это редкое заболевание с частотой 1:375000 - 1:660000. Доступно несколько способов терапии, включая enzyme replacement (ERT), human stem-cell therapy (HSCT) и аутологическую терапию (GT). ERT рассматривается как вступительное измерение эффекта, позволяющее выбрать или HSCT или GT, при этом HSCT является традиционным выбором лечения. Неудивительно, matched family (MFD) member or siblings (MSD) имеют наилучшие исходы, по сравнению с выбором неродственного донора. Обычно менее25% пациентов с SCID имеют MFD или MSD, это делает GT как приемлемую терапевтическую возможность. В самом деле, GT становится обычной возможностью с EU-лицензированной ex vivo stem retro viral GT (Strimvelis™), использующей или костный мозг или клетки крови пупочного канатика [11].

Spinal muscle atrophy (SMA) является прогрессирующим и фатальным нейродегенеративным нарушением с поздним началом клинических симптомов, как и при amyotrophic lateral sclerosis (ALS; "Lou Gehrig's disease"). Мутации в гене SMN вызывают SMA, при этом первичным детерминантом является делеция или мутация SMN1. Однако, проявления болезни не являются прямолинейными, поскольку они модифицируются с помощью паралога (SMN2), присутствующего во всех клетках у вех пациентов с варьирующим количеством копий. Большое количество копий SMN2 приводит к более умеренному проявлению SMA. Прогноз кроме того зависит от возраста начала и достигнутых вех в подвижности. Скромное увеличение SMN белка полной длины достаточно для восстановления двигательных нейронов от дегенерации [12].

Переключающий сплайсинг анти-смысловой олигонуклеотид nusinersen (NS), как было установлено клинически, оказывает благоприятный эффект, обеспечивая выживание большинства участников с SMA в течении 2 лет после начала воздействия; в большинстве случаев, это крайний срок, когда большинство не леченных SMA пациентов погибает или зависит от постоянной вентиляции легких. Помимо улучшения жизнеспособности обнаруживается также улучшение двигательной функции. NS соединяется с SMN2 пре-РНК, что сопровождается интронным сплайсингом silencer в интроне 7. Факторы сплайсинга hnRNP A1 и A2 смещаются и неспособны взаимодействовать с SMN2 pre-RNA. Это способствует включению экзона 7 с помощью U1snRNP, делая возможным его распознавание в процессе сплайсинга и приводя к продукции РНК полной длины и завершая образование функционального белка. Более раннее начало лечения приводит к меньшей потере моторной функции, это делает пренатальный скрининг и диагностику важным фактором. В настоящее время нет др. альтернатив в сравнении с intrathecal доставкой. Следует упомянуть, что ограниченные инъекции в спинномозговой канал приносят мало пользы для периферических моторных нейронов в мышцах [12].

Терапия зародышевой линии является критической в отношении этических соображений. Она может быть подразделена на редактирование генов в ооците или спермии или связана с выбором эмбриона, который свободен от генетических нарушений. Принимая во внимание, что редактирование генов клеток гонад может быть классифицировано как неэтическая практика, мы бы предпочли ранее обнаружение болезни, пригодной для GT.

Использование preimplantation genetic testing (PGT) используется почти 30 лет. PGT было использовано для многих разных генетических нарушений, также как сопоставление эмбрионов пораженного брата или сестры с конкретной целью обеспечения подходящего донорства сопоставимой ткани. Анемия Фанкони одно из таких состояний, которое лечится подобным образом. Существует множество публикаций по этике использования PGT, и в большинстве случаев считается, что использование PGT этически оправдано. Замещение митохондрий единственная манипуляция на клетках зародышевой линии, которая считается легальной и только в Великобритании. Такое замещение MRT создает эмбрионы с комбинацией митохондрий материнских, отцовских и третьей стороны [10].

Любое тестирование генов в будущем д. осуществляться в соответствии с Хельсинскими стандартами. Лечение д. быть адекватным с разрешения пациента и удостовериться, что ему, по крайней мере, 18 лет и что он принимает решение на основании полной информации. Позднее, если GT обещает быть безопасной и эффективной для данного состояния, то она может быть осуществлена у детей, у которых она наиболее благоприятна. Поскольку SCD впервые возникла у African-American индивидов Сев. Америки и Европы, д. быть ясно, что SCD действительно возникает и среди др. людей, таких как уэльсцы и арабы. Выгоды от генотерапии SCD д. быть доступны всем.

Последние 30 показали, что генотерапия в разных формах к разным болезням становится безопасной и эффективной. Поэтому она пригодна для индивидов с фатальными генетическими состояниями, сейчас время разработки GT для болезней, которые не обязательно летальны для всех, но оказывают выраженные вредные воздействия на здоровье, самочувствие и качество жизни. Серповидно-клеточная болезнь безусловно является состоянием, которые полностью удовлетворяет этим критериям. If we are to enjoy the fruits of the advancements in molecular biology and genomic technologies, it behooves us to begin to refocus our work on more common and debilitating conditions so that benefits can be accrued by more people.