Как мы уже можем редактировать геном
В этом году одобрения на клинические испытания получили сразу несколько препаратов с фантастическими эффектами, подобными тем, что описаны в Библии: они помогают слепым прозреть, а глухим — начать воспринимать звуки. Так, в апреле американские врачи приступили к экспериментам с лекарством Otarmeni от компании Regeneron, исправляющим мутации в гене OTOF, который отвечает за выработку белка, необходимого для передачи звука от внутреннего уха к мозгу. Двенадцать детей с врожденной глухотой, получивших одноразовую инъекцию этого препарата, стали слышать настолько хорошо, что смогли отказаться от кохлеарных имплантов, а у троих из них полностью восстановился слух. Еще одна компания из США, Life Biosciences, начинает лечение пациентов с глаукомой и другими нейродегенеративными заболеваниями глаз препаратом ER-100, который, доставляя в клетки сетчатки инструкции для временной активации OSK-факторов, восстанавливает функцию нейронов, передающих визуальную информацию из глаза в мозг.
В России в апреле этого года законодательно закрепили понятие индивидуальных генотерапевтических препаратов — они будут изготавливаться под конкретного пациента и не требуют регистрации. Центр под такую терапию уже строит РНИМУ им. Н. И. Пирогова, где разрабатывают генные методы лечения болезни Альцгеймера, хронической ишемической сердечной недостаточности и некоторых форм глиом. Над созданием генных препаратов, восстанавливающих сетчатку глаза, работают в Научном центре трансляционной медицины университета «Сириус».
Означает ли это, что медицина близка к победе над любой болезнью, вызванной мутацией в генах, и в скором времени от всех недугов мы будем лечиться не таблетками, а одним уколом, меняющим ДНК?
Клиническое применение генной терапии сегодня ограничивается коротким перечнем орфанных заболеваний, среди них спинальная мышечная атрофия, серповидноклеточная анемия, бета-талассемия, муковисцидоз, мышечная дистрофия Дюшенна. Для лечения используются два метода. Первый — когда ген в клетке не работает совсем и его нужно заменить на функционирующий: в этом случае клетки модифицируются ex vivo (вне организма). Сначала их «изымают» у пациента, затем модифицируют, размножают до достаточного количества и вводят обратно в организм. Для доставки исправного гена, как правило, используются векторы на основе вирусов, реже — другие физические и химические методы: генная пушка, электропорация, магнетофекция, сонопорация, применение различных наночастиц (из кремния, золота, фосфата кальция, липидов). Но применение этого метода ограничено, как правило, заболеваниями крови (клетки крови проще всего изъять из организма и вернуть обратно).
Второй метод используется, когда в паре генов один работает нормально, а другой — плохо. В этом случае доставлять копию гена бессмысленно — нужно починить ту, которая есть у пациента.
В основе редактирования и в первом, и во втором случае, как правило, лежит инструмент CRISPR/Cas9, разрезающий ДНК в заданном месте; исследуются и другие «молекулярные ножницы» — например base editing, что позволяет заменить одну «букву» ДНК без разреза, и prime editing, работающий по принципу «копировать — вставить». Ученые полагают, что полноценное освоение редакторов со временем приведет к генной революции в медицине.
«Настоящий переход к редактированию генома произошел совсем недавно, и связан он с появлением в 2023 году первой одобренной CRISPR-терапии — Casgevy. Она применяется при серповидноклеточной анемии и бета-талассемии и стала историческим прецедентом, поскольку впервые врачи целенаправленно изменяют ДНК пациента и используют это как лекарство. Тем не менее таких терапий пока единицы, и они остаются сложными и дорогими», — поясняет руководитель научных коммуникаций медико-генетического центра Genotek Екатерина Суркова.
Сама процедура лечения, по словам эксперта, остается тяжелой. В случае CRISPR-терапий заболеваний крови у пациента сначала берут собственные стволовые клетки, затем редактируют их в лаборатории и затем возвращают обратно. Перед этим проводится химиотерапия, чтобы освободить место для новых клеток, поэтому лечение, по сути, напоминает трансплантацию костного мозга. Именно эта часть терапии связана с основными рисками: подавлением иммунитета, инфекциями, токсическими эффектами и другими осложнениями.
Тем не менее результаты для ряда заболеваний впечатляющие: у большинства пациентов с серповидноклеточной анемией исчезают болезненные кризы, а при некоторых генетических болезнях у детей наблюдается практически нормализация развития. В совокупности эти подходы переводят борьбу с наследственными и другими тяжелыми заболеваниями к манипуляциям на молекулярном уровне, обещая не просто контроль симптомов, а долговременное исправление генетических дефектов — и делают это возможным после одного или нескольких вмешательств.
Как рассказал руководитель терапевтического направления «Новые модальности» биофармацевтической компании AstraZeneca в России Виталий Капранов, переход CRISPR-редактора из исследовательского инструмента в клиническую платформу можно считать состоявшимся, хотя и с оговорками.
«По состоянию на 2026 год единственным широко признанным коммерчески зарегистрированным препаратом на основе CRISPR/Cas9-редактирования генома остается аутологичный препарат на основе ex vivo CRISPR/Cas9-редактирования гемопоэтических стволовых клеток. При этом значительно большее число препаратов относится к более широкому классу генной терапии, не предполагающей точечного редактирования последовательности ДНК. Несмотря на быстрый рост клинического портфеля genome editing-программ, большинство таких технологий все еще находятся на стадии клинических исследований или раннего внедрения в практику», — отмечает Капранов.
Сегодня клиническая применимость генной терапии и редактирования генома определяется сочетанием нескольких факторов: выраженной медицинской потребностью, приемлемым профилем риска, возможностью эффективной доставки терапевтической системы в нужную ткань и наличием измеримых клинических или биомаркерных эффектов.
В первом случае в геном вируса внедряют терапевтический ген, после чего этот вирусный вектор с нужным геном вводится в организм для трансдукции клеток-мишеней. Во втором случае из организма пациента извлекают стволовые клетки, которые трансдуцируются вирусом с терапевтическим геном, после чего эти клетки снова вводят в организм, где они экспрессируют нужный ген.
«Наиболее зрелой областью применения CRISPR-редактирования в клинике в настоящее время являются тяжелые моногенные заболевания крови. Речь прежде всего идет об ex vivo-подходах. Такая модель считается относительно управляемой как с производственной, так и с клинической точки зрения. Именно поэтому серповидноклеточная болезнь и трансфузионно-зависимая бета-талассемия стали первыми заболеваниями, для которых были зарегистрированы CRISPR/Cas9-терапии. В ближайшие годы наиболее вероятным направлением расширения для in vivo-редактирования будут наследственные заболевания печени и обмена веществ. Во многих таких заболеваниях терапевтическая мишень экспрессируется в гепатоцитах, а эффект лечения можно относительно быстро оценивать по уровню белков или метаболитов в крови. Дополнительным преимуществом является то, что печень остается одним из наиболее доступных органов для системной доставки нуклеиновых кислот, в том числе с использованием липидных наночастиц», — рассказывает Капранов.
Перспективным направлением остается и офтальмология, поскольку глаз позволяет использовать локальную доставку в относительно изолированное анатомическое пространство. Однако здесь по-прежнему сохраняются ограничения, связанные с эффективностью доставки, иммунными реакциями и требованиями к точности редактирования.
В онкологии CRISPR сегодня чаще используется не для прямого редактирования опухоли in vivo, а как инструмент инженерии клеточных продуктов — прежде всего T-клеток и NK-клеток (natural killer cells, NKcells). Генетическое редактирование позволяет модифицировать их функциональные свойства и создавать препараты на основе этих модифицированных генов Т-клеточных рецепторов, известные как CAR-T-терапия.
«В рамках этой технологии в иммунные клетки пациента вводится конструкция, кодирующая химерный антигеновый рецептор, благодаря чему иммунная система приобретает способность эффективнее распознавать опухолевые клетки и атаковать их. Указанный подход демонстрирует высокую эффективность при меланоме, а также при гематологических злокачественных новообразованиях. Исторически CAR-T-технология была впервые разработана для лечения различных форм лимфом и других видов рака крови, а впоследствии была распространена на солидные опухоли, включая меланому и, в ряде случаев, глиомы», — поясняет проректор по научной работе Пироговского университета Денис Ребриков.
Несмотря на активное развитие этих подходов, онконаправление остается крепким орешком для науки из-за особенностей опухолевой микросреды, требований к безопасности и высокой сложности производства клеточных препаратов.
Если учитывать все генозаместительные подходы, то в мире на сегодня зарегистрировано всего 35 генотерапевтических препаратов.
А в лабораториях в качестве мишеней для терапии изучаются десятки и даже сотни генов, ассоциированных с различными наследственными заболеваниями.
Как объяснил Денис Ребриков, в человеческом геноме насчитывается около 25 тыс. генов. Примерно 18 тыс. типов мутаций настолько критичны, что эмбрион с такими поломками погибает внутриутробно. Остальные семь тысяч совместимы с рождением и жизнью. Суммарно примерно половина из них относится к типу loss of function (потеря функции), а половина — к gain of function (приобретение функции).
«Из этого следует, что стратегия доставки функциональной копии гена неприменима примерно для трех с половиной тысяч заболеваний — именно в этих случаях требуется исправление мутации с помощью геномных редакторов, в частности CRISPR-Cas9. Таким образом, для лечения пациентов необходимо разработать CRISPR-Cas9-терапию примерно для 3500–4000 нозологий, это огромное количество. В настоящее время, по суммарным мировым оценкам, такие редакторы разрабатываются лишь для нескольких сотен заболеваний», — объяснил ученый.
В Пироговском университете создается несколько препаратов на основе CRISPR-Cas9, а также изучается новая трансформация генной терапии — переход от лечения тяжелых моногенных наследственных заболеваний к мягкой коррекции активности генов, мутирующих с возрастом или в результате определенных аллельных сочетаний. В этих случаях требуется усилить работу слабого аллеля путем добавления дополнительных усиливающих копий, чтобы, к примеру, стареющий пациент не утрачивал ту или иную функцию. Такой подход в науке называется генокомпенсаторной терапией.
«Это направление активно развивается в мире. По данным базы ClinicalTrials.gov, насчитывается около десятка подобных разработок, что, однако, составляет лишь единицы по сравнению с сотнями проектов, посвященных моногенным заболеваниям», — замечает Ребриков.
В рамках этого нового подхода в Пироговском университете изучается возможность лечения некоторых форм болезни Альцгеймера посредством компенсации уровня ангиотензинпревращающего фермента (АПФ, ACE), а также хронической ишемической сердечной недостаточности, связанной с генетической предрасположенностью к нарушению работы так называемых белков-мостиков на тубулиновом цитоскелете. Обе патологии не являются орфанными и вполне соответствуют концепции перехода генной терапии «от редких заболеваний к частым».
При этом ключевыми нерешенными вопросами для in vivo-редактирования остаются непреднамеренные изменения ДНК вне целевого участка (off-target-эффекты), иммуногенность систем доставки и долгосрочная безопасность.
«Off-target-редактирование означает внесение изменений в участки ДНК, которые не являлись терапевтической мишенью. Вероятность таких событий зависит от дизайна направляющей РНК, используемой нуклеазы — например, Cas9 или Cas12a (CRISPR-ассоциированный белок 9 или CRISPR-ассоциированный белок 12a), — дозы системы редактирования, продолжительности ее активности в клетке и платформы доставки. Однако в последние годы все больше внимания уделяется не только off-target-событиям, но и нежелательным последствиям в самой целевой области редактирования. Это особенно актуально для технологий, использующих двуцепочечный разрыв ДНК. Даже при точном попадании в нужный участок репарация ДНК может сопровождаться крупными делециями, инсерциями, инверсиями или хромосомными перестройками, включая транслокации между хромосомами (translocations; обмен участками между хромосомами). Риск возрастает при множественных разрезах генома одновременно», — отмечает Виталий Капранов.
Отдельное внимание уделяется клеточному ответу на повреждение ДНК, включая роль белка p53 — одного из ключевых регуляторов клеточного цикла и апоптоза, экспрессия которого теоретически может нарушаться при вмешательстве в геном.
Ученые, таким образом, не спешат утверждать, что все эти «игры в Бога» абсолютно безопасны и исключают нежелательные события. Поэтому регуляторное одобрение препаратов редактирования генома означает не отсутствие риска применения генных лекарств, а приемлемое соотношение пользы и риска на текущем объеме клинических данных. Для таких препаратов критически важным остается длительное — многолетнее — наблюдение пациентов.
Но в целом можно утверждать, что безопасность генотерапевтических препаратов существенно выше, чем, скажем, химиотерапии при онкологических заболеваниях. Химиотерапия представляет собой серьезную нагрузку на организм, по сути использование ядовитых веществ. Генопрепарат же, хотя и распознается иммунной системой как чужеродный, как правило, не вызывает крайне тяжелых реакций.
«Например, в случае вакцины “Спутник V” целью является выработка иммунного ответа на белок коронавируса — именно в этом состоит лечебный эффект. При генной терапии, напротив, иммунный ответ на введенный вирус является нежелательным побочным эффектом. Полностью избежать его невозможно, поскольку вирусы — это наиболее эффективные на сегодня носители для доставки генов в клетки. В результате иммунная система активируется в умеренной степени (немного “сходит с ума”, но не сильно). Для контроля этого процесса терапия обычно проводится на фоне применения иммуносупрессоров (препаратов, подавляющих иммунный ответ)», — поясняет Денис Ребриков.
В целом можно сказать, что область находится на переходном этапе. С одной стороны, уже есть реальные случаи излечения тяжелых генетических болезней, с другой — технологии остаются дорогими, сложными и не полностью безопасными. В ближайшие годы ожидается бурное развитие методов, позволяющих редактировать гены в организме человека без извлечения клеток, однако переход к терапии массовых заболеваний, таких как диабет или ожирение, потребует еще времени, а также гарантий от ученых, что священный для медицины принцип «не навреди» останется незыблемым при любом развитии технологий.