Российские специалисты создали технологию, которая может стать прорывом в развитии отечественной генной терапии наследственных заболеваний глаз. Ранее многие из таких патологий считались неизлечимыми из-за сложностей с доставкой крупных генов. Теперь ученые научились «собирать» большие терапевтические белки непосредственно внутри клеток. Это даст возможность прицельно вводить в сетчатку препарат с нормальным геном, восстанавливая функции, нарушенные из-за мутации. Работа открывает перспективы для создания отечественных препаратов, направленных на лечение наследственных болезней глаз, а также других серьезных заболеваний, таких как миодистрофия Дюшенна и наследственная глухота. Подробнее — в материале «Известий».

Наследственные болезни глаз

Ученые из направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины Университета «Сириус» занимаются масштабным проектом по созданию препаратов и технологий для терапии наследственных ретинопатий — заболеваний сетчатки, которые могут приводить к ухудшению зрения и даже к его полной потере. Исследователи планируют точечно вводить в сетчатку препараты с нормальным геном, которые будут восстанавливать функции, утраченные из-за генетических мутаций. Данный подход способен наиболее эффективно предотвратить и замедлить прогрессирование этих заболеваний.

Однако одной из ключевых сложностей такого метода является то, что многие гены, связанные с наследственными патологиями сетчатки, являются слишком большими и не могут быть помещены в стандартные аденоассоциированные вирусы (AAV) — самые безопасные и надежные векторы для доставки генетического материала. Для решения данной проблемы специалисты «Сириуса» применили механизм белкового сплайсинга — природный процесс, в котором специальные молекулы («интеины») помогают двух половинам белка соединиться в единую функциональную молекулу.

Справка «Известий»

Наследственные заболевания сетчатки представляют собой целый спектр заболеваний, вызванных редкими мутациями в геноме, приводящими к серьезным нарушениям зрения и прогрессирующей слепоте среди детей и подростков. В широкой клинической практике отсутствуют эффективные методы диагностики и терапии таких болезней. За последние годы значительно возрос интерес и достигнут прогресс в применении методов генной терапии в офтальмологии.

В первых экспериментах ученые проверили технологию на модельном белке GFP, который широко применяется в биотехнологии благодаря удобной визуализации результата. Белок был разделен на две части и успешно воспроизведен в клетках человека с помощью механизма интеинового транс-сплайсинга. Было показано, что метод эффективен в клетках эпителия сетчатки (ARPE19). К тому же, оптимизация конструкции позволила увеличить эффективность сборки белка до 70%.

На втором этапе коллектив исследователей совместно с коллегами из лаборатории био- и хемоинформатики НИУ ВШЭ провел молекулярное моделирование и мутагенез интеинов, чтобы повысить скорость и эффективность реакции сборки белка. В итоге была создана улучшенная система, которая увеличила количество собранного белка в полтора раза за счет повышения эффективности до 80% и ускорения реакции.

— Мы показали, что технология одинаково хорошо функционирует в клетках человека и мыши, что открывает возможности для заместительной терапии генов, ранее считавшихся слишком объемными. Сейчас основной задачей является проверка биологической безопасности и терапевтической эффективности прототипа препарата in vivo. Если результаты подтвердятся, то на базе данного метода можно создавать новые препараты для лечения ретинопатий и множества других наследственных заболеваний, — рассказал «Известиям» младший научный сотрудник направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины, выпускник первой группы аспирантов по специальности «Молекулярная биология» Университета «Сириус» Андрей Бровин.

Шаг к эффективной геномной терапии

Разработанная технология уже применена при создании прототипа препарата для терапии болезни Штаргардта — одного из самых распространенных видов наследственной макулярной дегенерации. Генетический конструкт был испытан в клетках человека и на животных моделях: после раздельного введения двух векторов в глаз у мышей ген был доставлен в фоторецепторы сетчатки, где затем собрали терапевтический белок. Его количество оказалось в два раза выше, чем в контрольной группе здоровых мышей.

Предложенный учеными метод обеспечит значительный прогресс в терапии наследственных ретинопатий, уверен заведующий лабораторией анализа здоровья и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.

— Хотя впереди предстоит сделать еще много для создания лекарств и их внедрения в клиническую практику, «лабораторные» успехи — важный этап на пути к клиническим достижениям, — отметил эксперт в интервью «Известиям».

Команда «Сириуса» внедрила утонченную технологию, позволяющую собирать крупные терапевтические белки внутри клетки после доставки двух отдельных AAV-векторов, что позволяет обойти ограничение по вместимости вирусных векторов, рассказал руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского федерального университета Альберт Ризванов.

— Для наследственных заболеваний сетчатки это особенно актуально, и данный подход, вероятно, применим к другим заболеваниям с большими генами (мышечная дистрофия Дюшенна, муковисцидоз, гемофилия A). Вместо усеченных и часто менее эффективных вариантов можно получить полнофункциональный белок, увеличивая шансы на клинический успех, — добавил он.

Однако ограничения данной технологии тоже очевидны, отметил специалист. Оба вирусных вектора должны попасть в одну клетку, иначе она получит лишь половину инструкции, а использование двойных векторов усложняет процесс дозирования и контроля качества.

— Кроме того, новые участки белка требуют тщательной оценки по долгосрочной иммунной безопасности. Если в релевантных доклинических моделях будет продемонстрировано устойчивое восстановление функций и благоприятный профиль безопасности, этот метод реально сможет открыть путь к терапии ряда наследственных ретинопатий и прочих генетических болезней, где до сих пор не существует эффективных лекарств, — заключил Альберт Ризванов.

Результаты исследований опубликованы в престижных научных журналах Frontiers in Bioengineering and Biotechnology и ACS Bio & Med Chem Au. Исследования осуществляются в рамках госпрограммы «Наука» на территории федерального округа «Сириус».