Очный план: ученые сделали прорыв в генной терапии наследственных болезней глаз

Российские ученые разработали технологию, способную совершить прорыв в области отечественной генной терапии наследственных болезней глаз. Раньше многие такие патологии считались неизлечимыми из-за проблем с доставкой больших генов. Специалисты научились «собирать» большие терапевтические белки внутри клеток. Это позволит точечно вводить в сетчатку глаза препарат со здоровым геном, восстанавливая функции, утраченные в ходе мутации. Работа открывает путь к созданию отечественных препаратов для лечения наследственных заболеваний глаз, а также других тяжелых болезней, в частности миодистрофии Дюшенна и наследственной глухоты. Подробнее — в материале «Известий».

Наследственные болезни глаз

Ученые направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины Университета «Сириус» работают над масштабным проектом по разработке препаратов и технологий для лечения наследственных ретинопатий — заболеваний сетчатки, которые приводят к нарушениям зрения и его потере в ряде случаев. Исследователи предполагают точечно вводить в сетчатку глаза препарат со здоровым геном, восстанавливая утраченные в ходе мутации функции. Так можно наиболее эффективно предотвратить и замедлить процесс развития заболеваний.

Но одна из главных проблем такого подхода заключается в том, что многие гены, связанные с наследственными заболеваниями сетчатки, слишком крупные и не помещаются в стандартные аденоассоциированные вирусы (AAV) — наиболее безопасные и надежные векторы для доставки генетического материала. Чтобы решить эту задачу, ученые «Сириуса» применили механизм белкового сплайсинга — природный процесс, в котором специальные молекулы («интеины») помогают двум половинам белка соединяться в единую функциональную молекулу.

В первой серии экспериментов исследователи протестировали технологию на модельном белке GFP, часто используемом в биотехнологиях из-за удобной для визуализации результата флуоресценции. Белок был разделен на две части, а затем успешно «собран» обратно внутри клеток человека с помощью механизма интеинового транс-сплайсинга. Ученые показали, что методика работает в клетках эпителия сетчатки (ARPE19). Более того, оптимизация конструкции позволила увеличить эффективность сборки белка до 70%.

На втором этапе команда (совместно с коллегами из лаборатории био- и хемоинформатики НИУ ВШЭ) провела молекулярное моделирование и мутагенез интеинов, чтобы повысить скорость и эффективность реакции сборки целевого белка. В результате удалось создать усовершенствованную систему, которая позволила увеличить количество собираемого белка в полтора раза за счет увеличения эффективности до 80% и скорости реакции.

— Мы показали, что технология одинаково эффективно работает в клетках человека и мыши, что может быть использовано в заместительной терапии для доставки генов, которые раньше считались слишком большими. Теперь мы сосредоточены на проверке биологической безопасности и терапевтической эффективности полученного прототипа препарата in vivo. Если всё подтвердится, то на этой основе можно будет создавать новые препараты для терапии ретинопатий и сотни других наследственных заболеваний, — рассказал «Известиям» младший научный сотрудник направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины, выпускник первого набора аспирантуры по специальности «Молекулярная биология» Университета «Сириус» Андрей Бровин.

Шаг к эффективной геномной терапии

Технология уже была использована для создания прототипа препарата для терапии болезни Штаргардта — одной из наиболее распространенных форм наследственной макулярной дегенерации. Разработанный генетический конструкт проверили в клетках человека и на животных моделях: после раздельного введения двух векторов в глаз мыши ген был доставлен в фоторецепторы сетчатки, где далее был собран терапевтический белок, уровень которого был в два раза выше, по сравнению с контролем в здоровых мышах.

Подход, предложенный учеными, позволит продвинуться на пути к терапии наследственных ретинопатий, считает заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.

— Несмотря на то что до создания лекарственных препаратов, а тем более до того момента, как эти препараты станут доступны пациентам, предстоит сделать еще очень многое, «лабораторные» победы — это важный шаг на пути к победам клиническим, — отметил эксперт в беседе с «Известиями».

Команда «Сириуса» применила изящную технологию, позволяющую собирать крупные терапевтические белки уже внутри клетки после раздельной доставки двух AAV-векторов. Тем самым обходится ключевое ограничение по объему «полезной нагрузки» этих вирусов, рассказал руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета Альберт Ризванов.

— Для наследственных заболеваний сетчатки это особенно важно, и принцип потенциально переносим на другие нозологии с «большими» генами (мышечная дистрофия Дюшенна, муковисцидоз, гемофилия A). Вместо усеченных, нередко менее эффективных вариантов можно вернуть полноценный белок и повысить шансы на клинический эффект, — отметил он.

Ограничения метода также понятны, подчеркнул специалист. Двум вирусным векторам нужно войти в одну и ту же клетку (иначе она получит лишь половину инструкции), а использование пары векторов усложняет дозирование и контроль качества.

— Кроме того, новые «стыки» белка требуют тщательной оценки долгосрочной иммунной безопасности. Если на релевантных доклинических моделях будет показано устойчивое восстановление функции и благоприятный профиль безопасности, подход действительно способен открыть путь к терапии ряда наследственных ретинопатий и других генетических заболеваний, где до сих пор нет эффективных лекарств, — добавил Альберт Ризванов.

Результаты исследований опубликованы в двух авторитетных научных журналах Frontiers in Bioengineering and Biotechnology и ACS Bio & Med Chem Au. Исследования ведутся в рамках госпрограммы «Наука» федеральной территории «Сириус».