Эксперимент по генной терапии ВИЧ, проведенный в 2014 году, окончился неудачей: из 100 участников лишь единицы смогли отказаться от дальнейшего лечения с помощью лекарств. Однако с тех пор методы генного редактирования стали совершеннее, и исследователи намерены повторить опыт, сообщает ABC News.
Мэтт Чапел из Сан-Франциско — уникальный человек. Он болен ВИЧ, но обходится без лекарств — развитие болезни сдерживает его собственная иммунная система. Это результат экспериментальной генной терапии, курс которой он прошел 4 года назад. Врачи модифицировали часть его иммунных клеток, сделав их устойчивыми к вирусу. Результат терапии особенно впечатляет, учитывая, что недавно Чапел проходил курс лечения от рака, подавляющий иммунитет.
Разработан портативный и недорогой аппарат УЗИ
Однако история Мэтта — исключение. Для большинства участников эксперимента генная терапия оказалось недостаточной, и они вернулись к приему лекарств. Несмотря на неудачу, исследователи намерены вернуться к идее генного редактирования для борьбы с ВИЧ. Технологии усовершенствовались, и теперь шансы на успех намного выше.
Ученым известно, что у некоторых людей есть природный иммунитет к ВИЧ: в их T-клетках отсутствует определенный ген, что не позволяет вирусу поразить их. Хотя один человек с ВИЧ уже был излечен с помощью трансплантации клеток от устойчивого к болезни донора, подобные операции слишком рискованны и не подходят для широкого применения. Альтернативой должно стать редактирование собственных лимфоцитов пациента.
Отказ от этических правил делает Китай лидером CRISPR-технологий
Это лишь один из возможных подходов. Так, исследователи из Кливленда отмечают, что даже несмотря на общую неудачу, в опыте все равно удалось добиться временного снижения концентрации ВИЧ в крови. Они планируют совместить генное редактирование с противовирусными препаратами, нанося лекарствами удар по сократившейся популяции зараженных клеток. Такое лечение займет минимум год, но в конечном счете оно должно сократить концентрацию вируса до такой степени, что организм сможет контролировать его.
В Университете Пенсильвании разрабатывают альтернативный метод. Здесь намерены не только защитить лимфоциты от проникновения вируса, но и добавить в них ген, помогающий выслеживать и уничтожать его. Последняя технология известная как CAR-T и уже применяется для лечения рака. Некоторые из пациентов с ВИЧ, прошедших экспериментальное лечение в Пенсильвании, уже почти год обходятся без лекарств.
Спутники зафиксировали ускоренное повышение уровня океана
Наличие нескольких конкурирующих групп говорит о том, что генная терапия ВИЧ становится новым фронтиром медицины и биологии. Однако диагностика не менее важна, чем терапия. Помня об этом, специалисты из Имперского колледжа Лондона разработали эффективный и надежный тест на ВИЧ, способный быстро диагностировать вирус иммунодефицита на ранних этапах развития.
Есть несколько положительных аспектов при использовании генной терапии при ВИЧ, но есть и недостатки. Люди рассматривают этот тип всё чаще, потому что уровень её эффективности продолжает расти. Теоретически использование генной терапии для ВИЧ является очень эффективным и успешным методом, но в практическом смысле необходимы дополнительные разработки, чтобы она считалась эффективным средством лечения.
Проблематика лечения
Во время этого процесса врачи рискуют разрушить внутренние физические функции, чтобы ввести новые гены. Плюсы в том, что если лечение будет успешным, никаких признаков ВИЧ не останется. Недостатки заключаются в том, что, если какой-либо шаг будет выполнен неправильно, существует большая вероятность того, что пациент может столкнуться с еще большими медицинскими проблемами, чем у него было первоначально.
Иммунная система и воздействие при лечении
Вирус ВИЧ влияет на Т-клетки CD4 в организме, которые затем продуцируют другие клетки с той же самой ошибкой, которые в конечном итоге разрушают весь иммунитет. Иммунная система состоит из различных внутренних частей, таких как лимфоузлы, тимус, костный мозг и так далее. При проблемах с костным мозгом стволовые клетки повреждаются. Если ген, который был модифицирован для остановки ВИЧ, может быть помещен в стволовые клетки, тогда он может заполнить тело без воспроизведения затронутых клеток. Вирус ВИЧ просто умрет, потому что ему нечего будет повреждать.
Исследования
Исследования, посвященные генной терапии ВИЧ, подтвердили несколько успешных случаев. Исследователи обнаружили, что у людей, получивших лечение, даже через 3 года не наблюдается признаков ВИЧ. Другой метод, используемый в генной терапии при ВИЧ, основан на создании блокирования двух отдельных корецепторов, CCR5 и клеток CXCR4, которые уничтожат вирус. Это положительный аспект генной терапии, учитывая альтернативы, которые не дают истинного исцеления этого смертельного вируса.
Гены, как лекарство
Модифицированные гены, как лекарство, упаковываются с безвредным вирусом, называемым вектором, и вводятся в организм в процессе генной терапии.
Недостатки такого метода связаны с вектором. Случаи показали, что если вектор не реагирует с соответствующими клетками, или сам вектор может сочетаться с другим вирусом внутри, это вызывает еще больший риск.
Чтобы использовать вектор для введения модифицированного гена в стволовые клетки, потребуется уничтожить оставшуюся иммунную систему. Химиотерапия применяется для получения этого результата, потому что есть еще вероятность того, что оставшийся иммунитет рассмотрит вектор как захватчика и уничтожит его.
Как и в любом другом агрессивном медицинском процессе, всегда есть вероятность того, что что-то пойдет не так, что является негативным аспектом использования генной терапии для ВИЧ.
Решить эту проблему, возможно, и поможет генная терапия ВИЧ короткоцепочечными РНК. Поскольку она может дополнить антиретровирусную терапию. Что позволит не просто усыплять ВИЧ, а, действительно, его уничтожать. И это совершенно замечательно, поскольку статистика ВИЧ в России не утешительна. А вакцина от ВИЧ только разрабатывается. Хотя и в её отношении может помочь генная инженерия. Свидетельством чего являются китайские CRISPR дети. Но, к сожалению, пока всё ещё идут споры, насчёт этичности применения генной терапии. Но развитие технологий секвенирования ДНК и исследования системы CRISPR/Cas9, скорее всего, в скором будущем сделают её гораздо доступнее и популярнее.
Генная терапия ВИЧ
Недавно также было проведено несколько успешных экспериментов по лечению ВИЧ костным мозгом. Поэтому перспективным направлением терапии является ещё и оно. Ведь теперь лечение ВИЧ костным мозгом перестало быть простым прецедентом. По всей видимости, его удастся применить в терапевтической практике. Но это не значит, что нет необходимости предохраняться и бороться с распространением ВИЧ. Ввиду чего всем молодым и сексуально активным людям рекомендуем ознакомиться с правилами использования презервативов. Поскольку на сегодняшний день просто не существует более надёжной защиты от заболеваний, передающихся половым путём (ЗППП).
Следует также заметить, что ЗППП передаются при любых видах сексуального контакта. В том числе, во время занятий оральным сексом. Причём ВИЧ является не единственным ЗППП. Их существует огромное множество. И людям, ведущим активную половую жизнь, следует периодически сдавать анализы. Поскольку далеко не все ЗППП себя ярко проявляют. И особенно важно это делать в том случае, если у человека нет постоянного полового партнёра. Ввиду чего мы и рекомендуем вам ознакомиться с соответствующей инфографикой, посвящённой заболеваниям, передающимся половым путём. Потому что тот, кто предупреждён, тот вооружён! А инфекцию голыми руками не победить.
Для лечения пациента, который страдает от ВИЧ и лейкоза, китайские ученые использовали технологию, основанную на революционном методе генетического редактирования CRISPR-Cas9. Спустя 19 месяцев после лечения пациент чувствует себя хорошо, однако от ВИЧ он не избавился. Отчет о наблюдении за пациентом опубликован в научном журнале New England Journal of Medicine, кратко о ней пишет STAT.
27-летнему пациенту диагностировали одновременно ВИЧ и острый лимфобластный лейкоз – злокачественное заболевание системы кроветворения. Для лечения лейкоза больному нужна была трансплантация костного мозга. Ученые решили воспользоваться этой возможностью, чтобы опробовать на нем технологию генетического редактирования CRISPR-Cas9 против ВИЧ.
Предыдущие исследования показали, что ключевую роль в том, как ВИЧ проникает в клетки крови пациента, играет ген CCR5. Люди с мутацией в этом гене – их условно называют «берлинским» и «лондонским» пациентами — оказались устойчивы к вирусу. Ученые пришли к выводу, что эту мутацию можно вызвать искусственно.
Китайские ученые удалили ген CCR5 из донорских клеток костного мозга, и пересадили их «пекинскому» пациенту. Спустя месяц после операции лейкоз пошел на спад. Отредактированные клетки костного мозга начали размножаться и производить клетки крови. Этот процесс продолжался в течение 19 месяцев после трансплантации, то есть всего срока наблюдения, о котором отчитались исследователи.
Ход лечения ВИЧ происходил иначе. После 7 месяцев наблюдений врачи не заметили каких-то побочных эффектов от генетически отредактированных клеток. Поэтому они решили на время прекратить антиретровирусную терапию, которая направлена против ВИЧ. Вопреки их ожиданиям, после этого количество клеток, которые заражены ВИЧ, стало увеличиваться. Медики решили возобновить терапию.
Коллеги авторов исследования считают, что такой эффект связан с тем, что те удалили всего лишь чуть менее 20% генов CCR5 из донорских клеток. Для полноценного эффекта, как у «берлинского» или у «лондонского» пациентов, нужно было удалить 100% генов.
Тем не менее, несмотря на относительную неудачу, авторы работы отмечают, что их исследование показало, что генетическая терапия для лечения ВИЧ может быть безопасна. Однако несмотря на эти слова, безопасность CRISPR-Cas9 до сих пор точно не установлена. В частности, эта технология может приводить к ранней смерти детей.
В научном издании The New England Journal of Medicine опубликованы результаты клинического исследования, в ходе которого ученым и врачам удалось с помощью генной терапии увеличить устойчивость пациентов с ВИЧ к вирусу иммунодефицита человека. Новая методика в будущем может стать эффективным способом избавления не только от ВИЧ, но и от других вирусных заболеваний.
ВИЧ уничтожает человеческие Т-клетки, атакуя их белок, кодируемый геном CCR5. Ученые научились отключать этот ген и замедлять, а в будущем и останавливать распространение вируса
ВИЧ атакует особый тип иммунных клеток, Т-клетки, используя белок, кодируемый геном CCR5. Выключение этого гена мешает ВИЧ поразить иммунные клетки и привести к СПИДу. Примером эффективности выключения CCR5 является Тимоти Браун, которому пересадили стволовые клетки костного мозга с мутированным геном CCR5. В результате организм Брауна стал устойчив к ВИЧ – вирус в его организме не приведет к неизлечимому заболеванию и смерти. Однако пересадка костного мозга не подходит в качестве массовой методики лечения, поэтому ученые попытались найти способ провести генную терапию, которую можно использовать для лечения множества больных, а в будущем – и для прививок.
Команде ученых во главе с иммунологами из Университета Пенсильвании в Филадельфии удалось создать безопасную мутацию в гене CCR5. Для этого была взята кровь у 12 пациентов с ВИЧ, принимающих антиретровирусные препараты. После культивирования клеток крови каждого участника, ученые использовали доступные ZFN, чтобы провести целевую мутацию в клетках крови. В результате удалось нарушить работу гена CCR5 в около 25% культивированных клеток каждого участника. Затем эту кровь перелили пациентам, в результате чего наблюдалось повышенное количество Т-клеток. В ходе эксперимента, 6 из 12 участников прекратили антиретровирусную медикаментозную терапию, но уровни ВИЧ при этом росли намного медленнее, а уровень Т-клеток оставался высоким в течение многих недель. Ученые полагают, что ВИЧ не смог заразить модифицированные клетки иммунной системы с нефункциональным геном CCR5.
По окончании исследования у всех участников наблюдался повышенный уровень Т-клеток, а у одного из участников вирус не распространялся в организме в течение 12 недель после отмены антиретровирусной терапии.
Успешное клиническое исследование само по себе еще не является методикой лечения, однако генная терапия продемонстрировала высокую эффективность даже в рамках такого ограниченного эксперимента. Для повышения ее эффективности, вплоть до полного излечения, нужно модифицировать как можно больше Т-клеток организма. Возможно, в будущем за несколько процедур можно будет полностью очистить организм от вируса, а в еще более отдаленной перспективе – модифицировать Т-клетки прививкой, чтобы человек и вовсе не мог заразиться ВИЧ.
Новая методика генной модификации Т-клеток пока находится в стадии испытаний, но у нее невероятно большой потенциал. В настоящее время модифицированными Т-клетками пытаются лечить онкозаболевания , и в этом случае генная терапия Т-клеток демонстрирует потенциальную способность лечить даже самые тяжелые случаи рака на последней стадии.
Дело в том, что ВИЧ атакует иммунные Т-клетки, используя при этом белок, который кодируется геном CCR5. Если этот ген исключить, то ВИЧ не сможет поражать клетки, что поможет исключить СПИД. Наглядным примером эффективности этого метода является Тимоти Браун, которому была сделана пересадка стволовых клеток костного мозга с мутированным геном CCR5, в результате чего организм мужчины стал устойчив к вирусу.
Правда пересадка костного мозга не может использоваться для массового лечения больных, поэтому ученые нашли способ провести генную терапию, которую в будущем будут применять не только для лечения, но и для прививок.
Команда ученых возглавляемая иммунологами Университета Пенсильвании в Филадельфии создала безопасную мутацию в гене CCR5. В ходе эксперимента взяли кровь у 12 больных ВИЧ, которые принимали антиретровирусные препараты. После культивирования клеток крови, ученые использовали доступные ZFN для проведения целевой мутации в клетках крови. Этот способ позволил нарушить работу гена CCR5 в 25% культивированных клеток каждого участника. Когда кровь перелили пациентам, было зафиксировано высокое количество Т-клеток. Половина из подопытных пациентов прекратили антиретровирусную терапию, но уровни ВИЧ продолжали расти, но уже намного медленнее, в то время как уровень Т-клеток оставался повышенным на протяжении многих недель. В результате эксперимента ученые пришли к выводу, что ВИЧ не смог поразить модифицированные клетки иммунной системы с нефункциональным геном CCR5.
Следует отметить, что после окончания исследования у всех пациентов наблюдался высокий уровень Т-клеток, а один из участников, который отменил антиретровирусную терапию, вирус не распространялся в организме на протяжении 12 недель.
Не смотря на то, что успешное клиническое исследование это еще не методика лечения, генная терапия продемонстрировала эффективность в рамках такого небольшого эксперимента. Чтобы повысить ее эффективность до полного выздоровления необходимо модифицировать намного больше Т-клеток организма.
Ученые надеются, что проведение нескольких процедур позволит очистить от вируса весь организм. Кроме того, специалисты работают над технологией, которая позволит модифицировать Т-клетки прививкой, которая обезопасит человека от заражения ВИЧ.
Новый метод генной модификации Т-клеток на сегодняшний день находится в стадии исследований, хотя специалисты уже лечат онкозаболевания с помощью модифицированных Т-клеток.
Объединённая команда немецких учёных из научных центров Гамбурга и Дрездена продолжает совершенствовать и модифицировать один из методов генной терапии ВИЧ, предложенный ранее. Теперь от экспериментов на клеточных культурах исследователи перешли к опытам на мышах со своим новым препаратом.
Немецкие исследователи создают уникальный метод терапии, направленный на решение первой проблемы. Своей мишенью они выбрали не белки вируса, а наиболее консервативные регуляторные последовательности вирусного генома. Методом направленной молекулярной эволюции они изменили фермент рекомбиназу Cre из бактериофага (бактериофаг — вирус, поражающий бактерию) так, чтобы эта рекомбиназа была специфична к широкому спектру штаммов ВИЧ-1. Рекомбиназа избирательно вырезает последовательности ВИЧ из хромосом тех клеток, где присутствует её ген.
Далее предполагается отбирать у ВИЧ-пациента гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки и вставлять ген рекомбиназы в их хромосомы методом лентивирусной доставки.
Затем стволовые клетки должны вводиться обратно пациенту и порождать популяцию лимфоцитов, неуязвимую для ВИЧ, так как в случае заражения рекомбиназа, постоянно экспрессирующаяся в лимфоците, вырежет вирусные последовательности из генома клетки.
С использованием улучшенной рекомбиназы Brec1 учёные продемонстрировали удаление последовательностей ВИЧ из клеток, взятых от пациентов, и повышение выживаемости этих клеток. Также была показана безопасность для клеточных культур человека и для мышей. Затем мышам с удалённой иммунной системой вводили заражённые лимфоциты человека, обработанные лентивирусным вектором, несущим рекомбиназу (у контрольных животных — без рекомбиназы). Через 18 недель в экспериментальной группе, в отличие от контрольной, наблюдалось полное отсутствие вирусной РНК . В следующем эксперименте мышам без иммунной системы вводили гемопоэтические стволовые клетки человека, обработанные лентивирусом, как в предыдущем эксперименте. После приживления клеток вводили ВИЧ и через 12 недель наблюдали полное отсутствие вирусной РНК в экспериментальной группе.
Проведённая работа впечатляет красотой концепции и высоким методологическим уровнем. Интересно, что учёные использовали в своей разработке для борьбы с ВИЧ подходы, которые применяет сам ВИЧ — молекулярную эволюцию, рекомбиназную активность, специфичность действия. Однако прежде чем этот подход станет применяться у людей, разработчикам предстоит преодолеть множество препятствий и снять риски, которые могут остановить разработку. В частности, мышиная модель не слишком релевантна по отношению к человеческой ВИЧ-инфекции: слишком много различий в иммунологических механизмах и вообще в физиологии. Даже подходы, которые сработали на обезьянах, не показали эффективности у человека. Основным опасением здесь является удивительная способность ВИЧ быстро эволюционировать, мутировать и уходить от терапевтического воздействия.