Некоторые дети рождаются с серьезной потерей зрения, вызванной заболеваниями сетчатки, которые когда-то неизбежно приводили к полной слепоте. Сегодня некоторые из них могут воспользоваться генотерапией, созданной супругами Jean Bennett и Albert Maguire, которые в настоящее время работают офтальмологами в Пенсильванском университете.

Когда в 1991 году эта пара впервые начала изучать заболевания сетчатки, ни один из генов, которые, как теперь известно, вызывают потерю зрения и слепоту, не был идентифицирован. В 1993 году исследователи определили один потенциальный ген-мишень, RPE65. Семь лет спустя Беннетт и Магуайр испытали терапию, направленную на этот ген, на трех собаках с тяжелой потерей зрения - зрение восстановилось у всех трех собак.

У людей с наследственным заболеванием, которое лучше всего соответствует потере зрения у собак, является Leber congenital amaurosis (LCA). При LCA сетчатка, слой светочувствительных клеток в задней части глаза, не может правильно реагировать или посылать сигналы в мозг, когда на нее попадают фотоны. Это заболевание может вызвать неконтролируемое дрожание глаз (нистагм), зрачки не реагируют на свет и обычно приводит к полной слепоте к 40 годам. Исследователи связали это заболевание с мутациями или делециями в одном из 27 генов, связанных с развитием и функционированием сетчатки. До появления генотерапии лечения не существовало.

Мутации в RPE65 являются лишь одной из причин наследственной дистрофии сетчатки, но это была причина, которую Беннетт и Магуайр могли устранить. Исследователи использовали безвредный адено-ассоциированный вирус (AAV), который они запрограммировали на поиск клеток сетчатки и введение здоровой версии гена, и ввели его в глаз пациента прямо под сетчатку. В 2017 году после серии клинических испытаний Управление по контролю за продуктами и лекарствами одобрило препарат voretigene neparvovecrzyl (продается под названием Luxturna) для лечения любой наследственной дистрофии сетчатки, вызванной мутировавшим геном RPE65, включая LCA типа 2 и пигментный ретинит, другое врожденное заболевание глаз, которое поражает фоторецепторы в сетчатке. Luxturna стала первой одобренной FDA генотерапией in vivo, которая доставляется в клетки-мишени внутри организма (ранее одобренные терапии ex vivo доставляли генетический материал в клетки-мишени в образцах, собранных из организма, которые затем вводились обратно).

По оценкам компании Spark Therapeutics, производящей Luxturna, около 6 000 человек во всем мире и от 1 000 до 2 000 в США могут иметь право на лечение им - достаточно мало, чтобы Luxturna получила статус "сиротского препарата", который FDA использует для стимулирования разработки методов лечения редких заболеваний. Этого оказалось недостаточно, чтобы снизить стоимость препарата. Цена терапии составляет около 425 000 долларов за одну инъекцию, или почти 1 миллион долларов за оба глаза. Несмотря на стоимость, Магуайр говорит: "Я еще не видел ни одного человека в США, который не получил бы доступ к терапии из-за невозможности заплатить".

У тех, кто прошел лечение, отмечается значительное улучшение: Пациенты, которые раньше не могли видеть ясно, восстанавливали зрение, причем часто очень быстро. Некоторые сообщали, что после инъекций они впервые смогли увидеть звезды.

Хотя неясно, как долго продлится эффект, данные последующего наблюдения, опубликованные в 2017 году, показали, что все 20 пациентов, прошедших курс лечения препаратом Luxturna в рамках фазы 3, сохранили улучшенное зрение спустя три года. Беннетт говорит, что пятилетнее наблюдение за 29 пациентами, которое в настоящее время проходит экспертную оценку, показало такие же успешные результаты. "Эти люди теперь могут делать то, о чем раньше и мечтать не могли, они более независимы и наслаждаются жизнью".

Генотерапия сделала успехи и в борьбе с раком. Подход, известный как терапия химерными антигенными рецепторами (CAR) Т-клеток, работает путем программирования иммунных клеток пациента на распознавание и уничтожение клеток с раковыми мутациями. Steven Rosenberg, руководитель хирургического отделения Национального института рака, помог разработать эту терапию и опубликовал первые успешные результаты исследования 2010 года для лечения лимфомы. Sign Up

"У этого пациента было огромное количество проявлений в груди и животе, и у него произошел полный регресс", - говорит Розенберг - регресс, который длится уже 11 лет.

CAR T клеточная терапия использует преимущества белых кровяных клеток, называемых Т-клетками, которые служат первой линией защиты против патогенов. При этом используются собственные Т-клетки пациента, которые удаляются и генетически изменяются, чтобы они могли определять рецепторы, специфичные для раковых клеток. После вливания обратно в организм пациента модифицированные Т-клетки, которые теперь способны распознавать и атаковать раковые клетки, размножаются и остаются наготове для будущих встреч.

В 2016 году исследователи из Университета Пенсильвании сообщили о результатах лечения острой лимфобластной лейкемии (ALL), одного из самых распространенных детских раковых заболеваний, с помощью CAR T-клеток под названием tisagenlecleucel (тисагенлеклюцел). У пациентов с ALL мутации в ДНК клеток костного мозга заставляют их производить огромное количество лимфобластов, или недоразвитых белых кровяных клеток, которые накапливаются в кровотоке. Болезнь быстро прогрессирует: вероятность излечения у взрослых низкая, и менее половины выживают более пяти лет после постановки диагноза.

Когда CAR T-клетки направлены против ALL, они безжалостно эффективны - одна модифицированная T-клетка может уничтожить до 100 000 лимфобластов. В исследовании Пенсильванского университета 29 из 52 пациентов с ALL, получавших тисагенлеклюцел, достигли устойчивой ремиссии. На основании результатов этого исследования FDA одобрило терапию (производимую компанией Novartis под названием Kymriah) для лечения ALL, а в следующем году агентство одобрило ее для использования против диффузной крупноклеточной В-лимфомы. Стоимость единовременной процедуры составляет до 475 000 долларов.

CAR T-клеточная терапия не лишена риска. Она может вызвать серьезные побочные эффекты, включая синдром высвобождения цитокинов (CRS) - опасную воспалительную реакцию, которая варьируется от легких симптомов, похожих на мушки, в менее тяжелых случаях до мультиорганной недостаточности и даже смерти. CRS не является специфическим для CAR T терапии: Исследователи впервые заметили ее в 1990-х годах как побочный эффект терапии антителами, применяемой при трансплантации органов. Сегодня, благодаря сочетанию новых препаратов и бдительности, врачи лучше понимают, как далеко они могут зайти в лечении, не вызывая CRS. Розенберг говорит, что "мы знаем, как бороться с побочными эффектами, как только они возникают, и с первых дней серьезные заболевания и смертность от синдрома высвобождения цитокинов резко снизились".

До 2020 года уровень ремиссии среди пациентов с ALL, получавших лечение препаратом Kymriah, составлял около 85 процентов. Более чем у половины из них не было рецидивов через год. Novartis планирует отслеживать результаты всех пациентов, получавших терапию, в течение 15 лет, чтобы лучше понять, как долго она остается эффективной.

За одним новым появлением на сцене генотерапии следят особенно пристально: редактирование генов in vivo с помощью системы CRISPR, которая стала одним из самых перспективных методов генотерапии с тех пор, как Jennifer Doudna и Emmanuelle Charpentier открыли ее в 2012 году - за это они получили Нобелевскую премию по химии в 2020 году. В июне этого года были опубликованы первые результаты небольшого клинического испытания, направленного на лечение серповидно-клеточной болезни и тесно связанного с ней заболевания, называемого бета-талассемией.

Серповидно-клеточная болезнь затрагивает миллионы людей во всем мире и вызывает выработку красных кровяных телец в форме полумесяца, более липких и жестких, чем здоровые клетки, что может привести к анемии и опасным для жизни кризисам здоровья. Бета-талассемия, от которой страдают миллионы людей, возникает, когда из-за другой мутации в организме человека вырабатывается меньше гемоглобина - богатого железом белка, который позволяет красным кровяным тельцам переносить кислород. Пересадка костного мозга может стать лекарством для тех, кто сможет найти подходящих доноров, но в остальном лечение обоих заболеваний состоит в основном из переливания крови и лекарств для лечения сопутствующих осложнений.

Серповидно-клеточная болезнь и бета-талассемия вызываются наследственными, одногенными мутациями, что делает их хорошими кандидатами для ген-редактирующей терапии. Метод CRISPR-Cas9 использует последовательности ДНК из бактерий (кластеризованные регулярно перемежающиеся короткие палиндромные повторы, или CRISPR) и CRISPR-ассоциированный фермент (сокращенно Cas) для редактирования генома пациента. Последовательности CRISPR транскрибируются в РНК, которая находит и идентифицирует последовательности ДНК, виновные в определенном заболевании. При упаковке вместе с Cas9 транскрибированная РНК находит целевую последовательность, и Cas9 вырезает ее из ДНК, тем самым восстанавливая или деактивируя проблемный ген.

На конференции в июне этого года компании Vertex Pharmaceuticals и CRISPR Therapeutics объявили о неопубликованных результатах клинических испытаний пациентов с бета-талассемией и серповидно-клеточной анемией, получавших CTX001, терапию на основе CRISPR-Cas9. В обоих случаях терапия не выключает целевой ген, а вместо этого поставляет ген, который увеличивает производство здорового фетального гемоглобина - гена, который обычно выключается вскоре после рождения. Пятнадцать человек с бета-талассемией прошли курс лечения CTX001; через три месяца или более все 15 человек показали быстрое улучшение уровня гемоглобина и больше не нуждались в переливании крови. Семь человек с тяжелой серповидно-клеточной болезнью получили такое же лечение, и все они показали повышение уровня гемоглобина и сообщили, что по крайней мере три месяца не испытывали сильных болей. Более чем через год эти улучшения сохранились у пяти человек с бета-талассемией и двух с серповидно-клеточной болезнью. Испытание продолжается, и пациенты все еще набираются. Представитель компании Vertex сообщил, что компания надеется набрать в общей сложности 45 пациентов и подать заявку на одобрение в США уже в 2022 году.

Спинальная мышечная атрофия (SMA) - это нейродегенеративное заболевание, при котором двигательные нейроны - нервы, контролирующие движение мышц и соединяющие спинной мозг с мышцами и органами - разрушаются, неправильно функционируют и отмирают. Обычно это заболевание диагностируется у младенцев и детей младшего возраста. Основной причиной является генетическая мутация, которая подавляет выработку белка, участвующего в формировании и поддержании двигательных нейронов.

Четыре типа SMA ранжируются по степени тяжести и связаны с тем, сколько белка двигательных нейронов еще могут производить клетки человека. В наиболее тяжелых случаях, или при SMA I типа, даже самые основные функции, такие как дыхание, сидение и глотание, оказываются чрезвычайно сложными. Младенцы с диагнозом SMA I типа исторически имели 90-процентный уровень смертности к одному году.

Adrian Krainer, биохимик из лаборатории Колд Спринг Харбор, впервые заинтересовался SMA, когда в 1999 году посетил семинар Национального института здравоохранения. В то время Крайнер изучал, как мутации РНК вызывают рак и генетические заболевания, когда они нарушают процесс, называемый сплайсингом, и исследователи подозревали, что дефект в этом процессе может лежать в основе SMA. Когда РНК транскрибируется c шаблона ДНК, она должна быть отредактирована или "сплайсирована" в мРНК, прежде чем она сможет направлять производство белка. В процессе редактирования некоторые последовательности вырезаются (интроны), а те, что остаются (экзоны), соединяются вместе.

Крайнер понял, что есть сходство между дефектами, связанными со SMA, и одним из механизмов, который он изучал - а именно, ошибкой, которая возникает, когда важный экзон случайно теряется во время сплайсинга РНК. У людей со SMA отсутствовала одна из этих важнейших последовательностей гена, называемая SMN1.

"Если бы мы смогли выяснить, почему этот экзон пропускается, и найти решение этой проблемы, то, предположительно, это могло бы помочь всем пациентам со SMA", - говорит Крайнер. Решение, которое нашли он и его коллеги, - антисмысловая терапия - использует отдельные нити синтетических нуклеотидов для доставки генетических инструкций непосредственно в клетки организма (см. "Генное исправление"). В случае SMA эти инструкции побуждают другой ген двигательного нейрона, SMN2, который обычно производит небольшое количество недостающего белка двигательного нейрона, производить гораздо больше этого белка и эффективно замещать SMN1. Первое клиническое испытание этого подхода началось в 2010 году, а к 2016 году FDA одобрило нусинерсен (продается под названием Spinraza). Поскольку терапия не встраивается в геном, ее необходимо вводить каждые четыре месяца для поддержания выработки белка. И это ошеломляюще дорого: один курс лечения Spinraza стоит 750 000 долларов в первый год и 375 000 долларов в последующие годы.

С 2016 года во всем мире лечение этим препаратом прошли более 10 000 человек. Хотя Spinraza не может полностью восстановить нормальную двигательную функцию (ген одного двигательного нейрона просто не может производить достаточное количество белка для этого), она может помочь детям с любым из четырех типов СМА жить дольше и активнее. Во многих случаях Spinraza улучшает двигательные функции пациентов, позволяя даже пациентам с более тяжелыми формами заболевания самостоятельно дышать, глотать и сидеть прямо. "Самые поразительные результаты наблюдаются у пациентов, которые получают лечение вскоре после рождения, когда им поставлен генетический диагноз в ходе скрининга новорожденных", - говорит Крайнер. "Тогда можно фактически предотвратить начало заболевания - на несколько лет и, надеюсь, навсегда".

Эта статья была первоначально опубликована под названием "Истории успеха" в журнале Scientific American 325, 5, (ноябрь 2021 года).