Генная и клеточная терапия моногенных и мультифакторных заболеваний

Каждый сотый ребенок в мире рождается с серьезными наследственными дефектами, количество которых неумолимо растет. Наследственные отклонения, как правило, приводят к физическим или умственным нарушениям и преждевременной смерти. Для большинства известных в настоящее время наследственных заболеваний еще не найдено достаточно эффективных способов лечения.

Спасением от таких заболеваний могло бы стать введение в организм больного неповрежденной копии мутантного участка ДНК. Первая успешная попытка применить генотерапию в клинической практике была предпринята в 1990 г. в США. Ребенку, страдающему редким заболеванием – тяжелым комбинированным иммунодефицитом, – которое связано с дефектом гена, кодирующего фермент аденозиндезаминазу, была введена неповрежденная копия гена. И хотя использованный метод предполагал многократное введение гена на протяжении всей жизни пациента, т.е., строго говоря, не обеспечивал полного излечения, была открыта новая эра в медицине.

Известно несколько подходов к лечению генами. Гены можно вводить в половые клетки (сперматозоиды или яйцеклетки), в клетки эмбриона на ранних стадиях развития либо в соматические клетки (клетки тела, кроме половых или их предшественников). Введение генов в половые клетки означает, что приобретенное свойство будет передаваться из поколения в поколение. Именно этот метод широко используется при получении трансгенных животных, но он вряд ли применим к людям из этических соображений.

Генотерапия соматических клеток в отличие от половых затрагивает организм только самого пациента и поэтому разрабатывается в качестве основного подхода. При этом большое значение имеет правильный выбор типа соматических клеток, которые должны обеспечить длительное сохранение и функционирование внесенного "лечебного" гена.

Наследственные заболевания могут быть обусловлены дефектом одного или нескольких генов, а также крупными генетическими изменениями, например утратой целой хромосомы. Безусловно, на современном этапе можно пытаться лечить генами только заболевания первого типа, так называемые моногенные, при условии, что ответственный за дефект ген уже обнаружен и клонирован, т.е. получен материал для введения больному.

Таблица 1 – Методы внесения ДНК в эукариотические клетки и область их применения

Применяются два способа передачи больному "лечебного" гена. Если болезнь связана с отсутствием или малыми количествами белкового продукта дефектного гена, то достаточно ввести в клетку неповрежденный ген и дать ему возможность работать; в результате появятся достаточные количества белка-продукта. Таким образом, внесенная копия гена заместит по функциям сохраняющийся в геноме больного дефектный ген, поэтому этот подход получил название заместительной терапии. Все используемые в настоящее время клинические методы переноса генов основаны на внесении в клетку дополнительных количеств ДНК, т.е. на заместительной терапии.

Другим, идеальным, способом излечивать генетические заболевания могла бы быть корректирующая (или исправляющая) терапия, при помощи которой дефектный ген реально заменялся бы в геноме нормальной копией. Этого можно достичь, основываясь на способности двух молекул ДНК к рекомбинации – обмену при помощи специальных ферментов фрагментами полинуклеотидных цепей. Однако из-за крайне низкой эффективности этого метода в условиях лаборатории до практического использования корректирующей терапии пока очень далеко.

Генетическая модификация соматических клеток может производиться либо непосредственно в организме больного, либо путем введения функционального гена в предварительно выделенные и культивируемые клетки пациента, которые затем возвращают в организм. Оба способа имеют недостатки и ограничения, но второй способ в настоящее время используется чаще из-за его большей эффективности.

Таблица 2 – Генотерапия некоторых наследственных заболеваний

Примечание. В случае, когда «лечебный» ген вводился непосредственно в ткани пациента, в скобках указан способ его доставки. В остальных случаях введение гена производили в клетки, извлеченные из организма больных и культивируемые в пробирках

Главное условие примения метода переноса генов – включается (интегрирует) ли новый ген в хромосому клетки-мишени. Для активно делящихся клеток отсутствие интеграции внесенного гена в клеточную ДНК означает его неминуемую утрату в клетках-потомках. Одной из основных причин того, что в 80% случаев для внесения чужеродной ДНК при клинических испытаниях на людях использовали ретровирусные векторы, является его стабильная интеграция в клеточный геном. Кроме того, эти векторы обеспечивают высокую эффективность доставки генов и не приводят к ощутимым повреждениям в клетке-мишени. В отличие от ретровирусных аденовирусные векторы в геном не интегрируются.