Генетичните терапии
Генетичните и вродени заболявания се характеризират с голямо многообразие и се класифицират според следните критерии:
- Честота: редки и чести;
- Тип генетичен дефект: хромозомни и генни;
- Начин на унаследяване: моногенни – засягане на един ген, полигенни – засягане на голям брой гени;
- Възраст на изява – при деца и възрастни.
Генетичните заболявания се предават от сперматозоида и/или яйцеклетката и се развиват със самото зачеване.
При провеждането на проекта „Човешки геном“, в рамките на 13 години, е установено наличието на 59 265 човешки гени. Най-ключовата част от тях са протеин-кодиращите гени, чиито мутации са свързани с множество генетични заболявания.
Пример - муковисцидозата
Муковисцидозата – болестта на 65 рози – е най-честото генетично заболяване в България. Доскоро муковисцидозата беше нелечимо заболяване и с лоша прогноза още в детска възраст. Унаследяването при муковисцидозата е автозомно рецесивно – при наличие на два мутирали алела и от двамата родители. При това заболяване има мутации в гена CFTR, който кодира хлорни канали в епителните клетки, поради което преносът на хлор през тях е затруднен. Характерно е засягане на белите дробове, панкреаса, жлъчката, бъбреците, семепроводите и потните жлези. Досега са известни повече от 1300 известни мутации на този ген. В България има около 200 пациенти с поставена диагноза муковисцидоза, 1 на 20 души е носител на мутацията и най-честата от тях е delF508 – делеция – загуба на генетична последователност за аминокиселината фенилаланин на 508-мо място. Наблюдава се географски градиент на случаите на муковисцидоза и по-често разпространение в Северозападна Европа. При това заболяване са установени 6 основни класа мутации:
- Клас I - Пълна липса на хлорен канал в епителните клетки;
- Клас II - наличие на канал, който не е позициониран върху мембраната и не пропуска хлорни аниони;
- Клас III – каналът е позициониран в мембраната, но той не се отваря, за да осигури потока на хлорни аниони;
- Клас IV – наличие на канали, които пропускат само малко количество хлорни аниони;
- Клас V – наличие на малък брой канали;
- Клас VI – нарушена функция на канала, който пропуска само единични аниони.
Терапевтичният подход при генетичните терапии
Генетичните заболявания изискват по-обширен терапевтичен подход. Това може да се осъществи чрез генна терапия, която е метод, използващ пренос на генетичен материал в прицелни – таргетни клетки с цел коригиране на абнормно състояние или индуциране на определена характеристика. Такава таргетна терапия може да се прилага за различни генетични, онкологични и инфекциозни заболявания.
Друга специфична характеристика на генната терапия е нейното насочване единствено и само към определена цел – в случая конкретните мутации.
Възможните стратегии на лечение са следните:
- Въвеждане на неувредено копие на даден ген;
- Въвеждане на модифицирано генно копие;
- Заглушаване на неправилно функциониращ ген;
- Индуциране на синтеза на определен белтък, който предизвиква имунен отговор.
Генната терапия може да бъде разделена в две направления:
- Ex-vivo технологии, които се базират на извличане на клетки от пациента, които след това се модифицират в лабораторни условия. Модифицираната популация от клетки, която не предизвиква имунен отговор, тъй като е била взета от същия пациент, се прилага отново.
- In-vivo технологии – вкарване на нормален ген в носител, най-често вирусни вектори, които се прилагат инжекционно.
И двата вида технологии имат широко приложение в клиничната практика. Първите се прилагат за сърповидно-клетъчна анемия и адренолевкодистрофия, докато in-vivo технологиите се прилагат за хемофилия, амилоидоза, арнитин транскарбамилазен дефицит.
Организацията на генетичната информация е на няколко нива – ДНК се намира в ядрото, тя се презаписва в РНК, отново в ядрото, и модификациите на РНК също се извършват в ядрото. След това тя излиза през порите на ядрото в цитоплазмата и там служи като матрица за синтез на белтъци. За всяко от тези нива може да бъде разработена терапия.
Терапията на ниво ДНК е CRISPR-cas9, която представлява специфичен ензим – нуклеаза, който изрязва строго специфична генетична последователност в генома. Той изпълнява функцията на „генетична ножица“, която може да бъде конкретно насочена към дадена последователност.
Друг важен аспект от терапията е запълване на отстранените генетични последователности с правилни такива. Генната терапия на ниво РНК – RNAi – РНК интерференция се базира на естествен механизъм за заглушаване на гени. Това прави тази терапия много подходяща за клетките, тъй като се основава на естествен процес, който е характерен за организма. За тази цел се създават специфични комплекси, които взаимодействат с интерфериращата РНК. Тя, от своя страна, съвпада по последователност с генетичната последователност, която трябва да бъде заглушена. При съчетание със засегнатата РНК се прекратява производството на променения белтък.
Друг вид генна терапия на ниво РНК са алел-специфичните олигонуклеотиди – ASO. Това е най-старата технология за изместване на рамката на четене при мускулна дистрофия тип Дюшен, с цел свеждане на състоянието до по-леката форма – мускулна дистрофия тип Бекер. Тази терапия осигурява синтез на модифициран белтък, дори и ако производството преди това не е било налично. В други случаи тази терапия може да прекрати синтеза на определен мутирал белтък. Генната терапия на ниво белтък се осъществява чрез малки молекули, които блокират стоп кодоните – това са последователности от РНК, които определят края на белтъчния синтез.
Най-честите мутации са тези, които водят до преждевременно синтезиране на стоп кодон, който води до по-ранно прекратяване на белтъчния синтез. Тези молекули покриват стоп кодоните, което осигурява възможност за ефективно производство на белтъци. Тази терапия се прилага в България при пациенти с мускулна дистрофия тип Дюшен. Генната терапия на ниво белтък в хода да неговия синтез се осигурява чрез прикрепяне на шаперони към него – малки молекули, които успешно преминават кръвно-мозъчната бариера и могат да изпълняват функциите си дори в мозъка. Те позволяват на синтезирания вече белтък да придобие правилната си структура.
Не е трудно да се създадат генните конструкти в лабораторни условия, проблемът е кой ще бъде преносителят и как ще се осъществи преносът. Важно е правилното подбиране на вектор за генния трансфер, който трябва да отговаря на множество изисквания:
- Висока ефективност на пренасяне;
- Капацитет за пренасяне на големи гени;
- Специфичност към определени прицелни гени;
- Индуциране на дълготрайна и стабилна генна експресия;
- Избягване на вмъкванията на случайните места в генома;
- Да не предизвиква мутации;
- Да позволява пренос във всякакъв тип клетки.
Кои са най-добрите вектори?
Установено е, че лентивирусите са най-подходящите вектори. При употреба на аденовируси като преносители има риск от имунен отговор, ето защо се прилагат аденоасоциирани вектори, които са модифицирани и не предизвикват реакция от страна на имунната система.
Кои са успешните терапии?
Клиничните проучвания са показали, че през последните 10 години най-голям успех на таргетната терапия има в областта на онкологичните заболявания, моногенните заболявания и инфекциите. От раковите заболявания най-лесна цел са хематологичните заболявания, тъй като в кръвта маркерите могат да бъдат проследявани, да се анализира ефекта и възможността за рецидиви.
Въведените и одобрени в практиката средства за генна терапия са насочени към следните заболявания:
- Имунни дефицити;
- Спинална мускулна атрофия;
- Муковисцидоза;
- Таласемия;
- Множество метаболитни заболявания - фамилна хиперхолестеролемия, наследствена транстиретинова амилоидоза, метахроматична левкодистрофия, церебрална адренолевкодистрофия и други.
Предстои напредък на генната терапия в лечението на хемофилия А – тежко, инвалидизиращо заболяване, с Х-рецесивно унаследяване, което засяга момчета. Предава се от клинично здрави майки, които са преносители на мутациите. Тежката форма на хемофилия се характеризира с наличие на фактор на кръвосъсирването VII под 1%. При засегнатите пациенти кръвта не може да се съсирва и дори най-малките наранявания водят до усложнения. Терапията се състои в приложение на фактор VII на кръвосъсирването. Ползите от генната терапия при хемофилия А са многостранни:
- Възможност за еднократно лечение;
- Възможност за активност и качество на живот;
- Понижен риск от дълготрайните увреждания поради кръвоизливи;
- Полза за здравната система – намаляване на хоспитализациите, консултациите и разходите за свързани заболявания и увреждания.
Мускулната дистрофия тип Дюшен също е заболяване, към което са насочени усилията на генната терапия. Това е най-честото невро-мускулно заболяване – засяга 1/3500 момчета. Генът се намира в Х-хромозомата, майките са носителки и заболяването има Х-рецесивно унаследяване. Характеризира се с бързо прогресираща мускулна слабост и дегенерация на скелетната, гладката и сърдечната мускулатура. Мускулната дистрофия тип Дюшен е свързана със загуба на двигателни способности и намалена продължителност на живота. Досега терапията е позволявала свеждане на състоянието до по-леката форма – мускулна дистрофия тип Бекер и именно затова генната терапия е нова възможност и предстои нейното приложение.
Предизвикателствата в прилагането на генна терапия
За правилната употреба на генната терапия е необходима прецизна диагноза, установяване на засегнатите гени и типа на мутацията. Най-трудната задача е интерпретацията на резултатите и разграничаване на различните генетични варианти: непатогенни, вероятно патогенни, с неясно значение, вероятно патогенни и патогенни.
Освен това, информацията от генетичния резултат може да бъде динамично променяща се във времето. Успешната генна терапия зависи много от правилната диагностика и прецизно установения генетичен дефект.
За муковисцидоза вече има разработено ефективно лечение чрез коректори, които позиционират хлорния канал на мембраната и потенциатори, които осигуряват отваряне на канала.
В България генетичните изследвания са напълно достъпни, разполагаме с технологичните възможности за изследване на целия човешки геном, дори притежаваме повече от необходимото, на глава на населението разполагаме с най-голям брой технологии.
*Статията е съставен въз основа на лекцията „Генни терапии – нови възможности за лечение“, изнесена от проф. д-р Албена Тодорова на семинар за журналисти „Какви нови терапии се очакват в Европа и кога ще бъдат достъпни в България?“, организиран от ARPharM на 2-3 декември 2022 г.
