Рустам Гильфанов: Пределы генетической модификации: прорывы, достижения, неудачи и ограничения

Генетические модификации — в тех или иных проявлениях — каждый год находят новые и новые применения. То, что еще несколько лет казалось инновацией, со временем становится рутинным инструментом, который используется в клинической медицинской практике.

На генетические технологии возлагаются большие надежды — многие считают, что именно с их помощью удастся справиться с неизлечимыми болезнями, причем в некоторых случаях — еще до рождения, а также замедлить старение.

FDA определяет [1] генную терапию как технику, которая предполагает модификацию генетического материала для лечения заболеваний. Среди механизмов, которые могут использоваться для такой модификации, есть те, которые предполагают изменения ex vivo (вне организма) и in vivo (внутри него).

Методик, позволяющих модифицировать гены, существует немало: врачи и ученые используют векторную доставку, вносят изменения в геном клеток определенных типов, редактируют поврежденные гены. Уже сегодня можно говорить, что эти технологии давно вышли за рамки лабораторий и были успешно применены для улучшения качества жизни реальных пациентов. Впрочем, назвать их панацеей все же нельзя, их возможности не безграничны.

Модификации ex vivo

Одна из ранних сравнительно успешных процедур [2] по использованию генной терапии для лечения пациента была проведена еще в 1990 году. Пациенткой стала четырехлетняя Ашанти де Сильва, страдавшая тяжелым комбинированным иммунодефицитом. Генная терапия стала альтернативой трансплантации гематопоэтических стволовых клеток, методики, которая была малоэффективной и сопровождалась тяжелыми побочными эффектами. В ходе лечения лимфоциты пациентки были отобраны, модифицированы с помощью ретровирусного вектора (ex vivo), а затем вновь введены в организм.

Сегодня разнообразные ex vivo модификации используются в клинической практике при терапии самых разных заболеваний. Одна из перспективных методик, на которую возлагаются особые надежды — CAR-T терапия. В 2017 году фармацевтическая компания Novartis первой в мире получила [3] разрешение FDA на использование в клинике CAR-T лимфоцитов для лечения пациентов в возрасте от 3 до 25 лет с острым лимфобластным лейкозом. Продукт получил название Kymriah.

Суть этой терапии заключается в генетической модификации собственных Т-лимфоцитов пациента, после чего на их поверхности появляются химерные антигенные рецепторы, способные связываться с белком, который экспрессируют опухолевые клетки. В ходе клинических испытаний частичной или полной ремиссии спустя три месяца после начала CAR-T терапии удалось добиться 83% пациентов, а 12-месячная выживаемость составила 79%. Это показатель оказался гораздо выше, чем выживаемость пациентов с острым лимфобластным лейкозом после стандартного лечения — химиотерапии, когда он не превышал 30%.

Вслед за Novartis одобрение на CAR-T продукты получили и другие фармкомпании, среди которых Yescarta и Tecartus от Gilead Sciences, и Abecma от BMS. Это далеко не полный список и научное сообщество уверено, что он будет пополняться.

Популярность таких препаратов растет, несмотря на то, что применение генной терапии имеет пока существенные ограничения. К CAR-T технологиям сейчас обращаются в тех случаях, когда стандартная терапия первой, второй и даже третьей линий не дает результата, а само лечение вызывает немало серьезных побочных эффектов. Кроме того, лечиться с помощью генетически модифицированных лимфоцитов очень дорого.

Еще один серьезный недостаток [4] этой методики — сомнения в длительности достигнутого эффекта, в том числе рецидивы, а также побочные явления, некоторые из которых потенциально смертельно опасны.

Изначально CAR-T препараты были созданы для лечения онкогематологических заболеваний, однако их спектр применения оказался шире — уже сейчас есть исследования,  показывающие, что генетическая модификация лимфоцитов может оказаться полезной для восстановления пациентов после инфарктов [5].

И все же основной областью применения таких препаратов остается онкогематология. Эффективно использовать CAR-T терапию для борьбы с солидными опухолями пока не удается, хотя ученые активно работают над преодолением этого барьера [6].

In vivo модификации

Громким успехом, который обернулся чуть менее громким провалом, стал препарат Glybera, разрешенный к использованию в США и странах Европы еще в 2012 году. Лекарство предназначено для пациентов, страдающих недостаточностью липопротеинлипазы, фермента, необходимого для расщепления сложных жиров. Если этого фермента мало, то комплексы липопротеинов начинают накапливаться, откладываясь под кожей и на стенках внутренних органов. Все это ведет к серьезным проблемам со здоровьем — болям, развитию диабета, нарушениям работы печени, невозможности иметь детей.

В основе лекарства — аденоассоциированный вирус, который несет ген липопротеинлипазы. Внутримышечные инъекции Glybera позволяют компенсировать дефицит фермента и по сути вылечить пациента. На момент своего появления лекарство было самым дорогим из имеющихся на рынке — серия уколов (их нужно было сделать около 60) обходилась в 1,5 млн долларов сразу после запуска, а в дальнейшем она подешевела до 1 млн.

К 2018 году лишь 31 пациент прошел терапию этим дорогим лекарством: из-за очень высокой цены и редкости самого заболевания производство оказалось нерентабельным. Компания uniQure отказалась продлевать регистрационное удостоверение [7], приняв решение сосредоточиться на использовании генной терапии для лечения гемофилии, более распространенного врожденного заболевания.

В целом стоимость подобного лечения остается очень высокой, а потому исследователи не спешат внедрять в клиническую практику препараты на основе аденоассоциированных векторов для лечения очень редких болезней. Производить их оказывается очень дорого и для компаний довольно невыгодно.

Однако успехи в этой области определенно есть: Pfizer и Spark Therapeutics пытаются победить гемофилию В [8], генная терапия при гемофилии А оказалась эффективной [9], а пациент с серповидноклеточной анемией пошел на поправку [10].

Самое дорогое на нынешний момент лекарство, применяемое для генной терапии in vivo — препарат Zolgensma, который выпускает фармгигант Novartis. Укол стоит 2,1 млн долларов и предназначен для пациентов, страдающих спинальной мышечной атрофией.

Этим редким нейродегенеративным заболеванием страдает 1 пациент из 10 тысяч. Болезнь связана с мутацией, затрагивающей ген SMN1. Симптомы появляются в раннем детстве, со временем болезнь прогрессирует, постепенно ослабляя мышцы. Ребенок теряет возможность передвигаться, а в дальнейшем — дышать и глотать самостоятельно. Отсутствие лечения ведет к летальному исходу. Введение Zolgensma позволяет нормализовать работу SMN1 и остановить прогрессирование болезни. Показано, что лекарство увеличивает выживаемость пациентов, а у некоторых даже отмечается возврат утраченных ранее функций — они начинают есть сам и даже ходить.

Стоимость лекарства настолько высока, что купить его самостоятельно пациенты не в состоянии: препарат закупается государством или же специальными фондами. Космическая цена — не единственный недостаток препарата Zolgensma, об удешевлении которого речь пока не идет.

Появление Zolgensma — настоящий прорыв, но данных о длительности достигнутого эффекта пока недостаточно: максимальный срок, в течение которого наблюдали за пациентами, получившими инъекции, не превышает 5 лет. Кроме того, при терапии наблюдаются серьезные побочные эффекты и даже зафиксирован один летальный исход — впрочем, до конца неясно, связана ли она с введением препарата.

Приведенные выше примеры — лишь малая часть из тех генотерапевтических препаратов, которые уже используются в клинической практике для лечения in vivo. Такая терапия кажется многообещающей и перспективной, однако пока в большинстве случаев данных о том, насколько длительным будет достигнутый результат, недостаточно.

Генетическое редактирование CRISPR

Журнал Nature, опубликовавший в 2015 году статью, посвященную технологии СRISPR/Cas9 [11], назвал ее своеобразным прорывом и сравнил ее появление с созданием и внедрением в лабораторную практику метода ПЦР. Действительно, использование «молекулярных ножниц» в клинической практике открывало невероятные перспективы: с их помощью можно было проводить точечное редактирование, «вырезать» и убирать дефектные гены, заменяя их теми, что работают правильно.

Уже известно о довольно успешном использовании СRISPR для борьбы с β-талассемией, серповидноклеточной анемией, миодистрофией Дюшенна — впрочем, речь пока не идет о системном применении в клинике.

Еще одно масштабное перспективное применение — использование «молекулярных ножниц» при терапии рака. Клинические испытания в этой области провели китайские исследователи, которые использовали CRISPR для того, чтобы вырезать ген, кодирующий белок PD1 у пациентов с немелкоклеточным раком легкого. Авторы исследования заключили, что технология безопасна и может использоваться в клинике, однако в более поздних публикациях были высказаны сомнения в том, что редактирование генома не представляет опасности для здоровья в долгосрочной перспективе.

В целом же — сомнения в точности CRISPR — основной камень преткновения при внедрении методики в рутинную клиническую практику. 100% гарантий, что «ножницы» порежут именно так, как было запланировано, у исследователей до сих пор нет, что вызывает опасения в том, каков будет эффект от такого редактирования.

Широко обсуждавшийся в научных кругах случай, связан с экспериментом, который провели китайские ученые в 2015 году [12]. Они предприняли попытку отредактировать геном человеческого эмбриона, несущий ген, провоцирующий β-талассемию. Ошибка действительно была исправлена, правда, не во всех, а только в 5-10% эмбрионах. Однако назвать коррекцию точной довольно сложно — помимо целевых исправлений в геноме были обнаружены и иные мутации, которые появились вовсе не там, где было запланировано.

Однако другой эксперимент китайских исследователей, вызвал куда более серьезные дискуссии. Речь идет о рождении девочек-близнецов, о которых китайский ученый Хе Цзянькуй заявил осенью 2018 года [13]. Особенность этих детей в том, что еще до их рождения геном их эмбрионов был отредактирован с помощью CRISPR. Отец девочек ВИЧ-инфицирован, а целью эксперимента было создание эмбрионов, невосприимчивых к ВИЧ.

Известно, что в эксперименте участвовало несколько семейных пар, а на свет появилось как минимум трое детей. Заявление ученого хоть и стало научной сенсацией, но одновременно вызвало бурное обсуждение — на первый план вышла этическая проблема.

Из-за того, что точность CRISPR пока далека от совершенства, совершенно неясно, каковы долгосрочные последствия редактирования генома для детей — неясно, какие нецелевые мутации возникли и как их присутствие скажется на здоровье.

Среди возможных последствий — увеличение риска развития рака и других заболеваний из-за генетического мозаицизма, состояния, при котором в организме присутствуют клетки с разными геномами. Лаборатория Цзянькуя планирует наблюдать за их здоровьем до тех пор, пока девочкам не исполнится 21 год, и регулярно отчитываться о результатах.

В целом же большинство исследователей сходятся во мнении, что сколь бы ни была привлекательной идея корректировать геном еще до рождения ребенка, пока редактирование нельзя назвать совершенным инструментом для этих целей.

Краткая биографическая справка

Рустам Гильфанов — сооснователь IT-компании, IT-бизнесмен, международный инвестор. Венчурный партнер фонда LongeVC.

Источники:

1. FDA (2018) What is Gene Therapy? https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/cellular-gene-therapy-products/what-gene-therapy Assessed 28 May 2022
2. Fischer, A., Hacein-Bey, S. & Cavazzana-Calvo, M. Gene therapy of severe combined immunodeficiencies. Nat Rev Immunol 2, 615–621 (2002). https://doi.org/10.1038/nri859
3. FDA (2017) FDA approval brings first gene therapy to the United State. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approval-brings-first-gene-therapy-united-states Assessed 28 May 2022
4. Ping-Pin Zheng, Johan M. Kros, Jin Li, Approved CAR T cell therapies: ice bucket challenges on glaring safety risks and long-term impacts, Drug Discovery Today, Volume 23, Issue 6, 2018, Pages 1175-1182, ISSN 1359-6446, https://doi.org/10.1016/j.drudis.2018.02.012.
5. Aghajanian, H., Kimura, T., Rurik, J.G. et al. Targeting cardiac fibrosis with engineered T cells. Nature 573, 430–433 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1546-z
6. City of Hope (2020) Delivering CAR T cell target CD19 onto the surface of solid tumors with a genetically engineered oncolytic virus
https://www.cityofhope.org/physician-news/approach-for-solid-tumor-car-t-cell-therapy-treatment-challenges Assessed 28 May 2022

7. UniQure (2017) UniQure Announces It Will Not Seek Marketing Authorization Renewal for Glybera in Europe https://www.uniqure.com/GL_PR_Glybera%20withdrawal_FINAL_PDF.pdf Assessed 28 May 2022
8. Science (2017) Gene therapy stops bleeding episodes in hemophilia trial
https://www.science.org/content/article/gene-therapy-stops-bleeding-episodes-hemophilia-trial?utm_campaign=news_daily_2017-12-06&et_rid=349990844&et_cid=1709447  Assessed 28 May 2022

9. Pasi KJ, Rangarajan S, Mitchell N, Lester W, Symington E, Madan B, Laffan M, Russell CB, Li M, Pierce GF, Wong WY. Multiyear Follow-up of AAV5-hFVIII-SQ Gene Therapy for Hemophilia A. N Engl J Med. 2020 Jan 2;382(1):29-40. doi: 10.1056/NEJMoa1908490. PMID: 31893514.