Впервые ученые исправили мутацию человеческого гена в стволовых клетках пациента. Результат, опубликованный в журнале Nature в среду, 12 октября, приближает возможность индивидуализированного лечения пациентов к реальности.
Команда, возглавляемая исследователями из Института Сэнгера Wellcome Trust и Кембриджского университета, нацелена на генную мутацию, ответственную как за цирротическое заболевание печени, так и за эмфизему легких. Используя передовые методы, они смогли скорректировать последовательность генома пациента, удалить всю экзогенную ДНК и показать, что исправленный ген работал нормально.
Исследователи использовали индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (hIPSC) для своих исследований, потому что после перепрограммирования в чашке Петри эти клетки могут быть преобразованы в широкий спектр тканей. Если стволовые клетки пациента с дефектом гена можно исправить, ученые считают, что при повторном введении пациенту они могут лечить последствия мутации, вызывающей заболевание. Чтобы такая надежда стала реальностью, необходимы эффективные методы введения ДНК, восстановления гена, удаления всей чужеродной ДНК и проверки изменений.
Для этого исследования команда изучила дефицит, вызванный мутацией альфа1-антитрипсина, гена, который активен в печени, где он отвечает за выработку белка, защищающего от чрезмерного воспаления. Люди с мутантным альфа1-антитрипсином не могут должным образом высвобождать белок из печени, где он попадает в ловушку, что в конечном итоге приводит к циррозу печени и эмфиземе легких. Это наиболее распространенное из известных наследственных заболеваний печени и легких, встречающееся примерно у одного из 2000 человек североевропейского происхождения.
Основываясь на предыдущей работе из Кембриджа, которая показала, что можно трансформировать клетки кожи в клетки печени путем перепрограммирования стволовых клеток, команда успешно и точно скорректировала ген альфа1-антитрипсина в установленной клеточной линии, содержащей мутацию. Используя «молекулярные ножницы», чтобы вырезать геном в нужном месте, они затем вставили правильную версию гена с помощью транспортера ДНК под названием piggyBac. Последовательности piggyBac были впоследствии удалены из клеток, что позволило превратить их в клетки печени без каких-либо следов остаточного повреждения ДНК в месте коррекции.
Затем ученые доказали, что точная копия гена теперь активна в клетках печени, которые они продуцировали, продемонстрировав присутствие нормального альфа-1-антитрипсинового белка как в пробирке, так и в экспериментах на мышах.
"Мы разработали новые системы для нацеливания на гены и интегрировали все компоненты для эффективного исправления дефектов в клетках пациентов," говорит профессор Аллан Брэдли, почетный директор института Wellcome Trust Sanger. "Наши системы не оставляют следов генетических манипуляций, за исключением генной коррекции.
"Это первые шаги, но если эту технологию удастся внедрить в лечение, она принесет большие преимущества пациентам."
"Это исследование представляет собой первый шаг к персонализированной клеточной терапии генетических заболеваний печени," объясняет доктор Людовик Валлиер, старший научный сотрудник Медицинского исследовательского совета (MRC) и главный исследователь Центра биологии стволовых клеток и регенеративной медицины и отделения хирургии MRC Кембриджского университета, который изучает биологию плюрипотентных стволовых клеток человека. "У нас все еще есть серьезные проблемы, которые необходимо преодолеть перед любым клиническим применением, но теперь у нас есть инструменты, необходимые для продвижения к этой важной цели."
В своем анализе стволовых клеток группа исследователей показала, что геномы стволовых клеток обычно содержат мутации, причина которых остается неясной. Однако исследователи смогли использовать новейшие методы секвенирования, чтобы найти клетки с минимальным количеством мутаций, генетические последствия которых они могли изучить. Они ясно дают понять, что для безопасного внедрения технологии потребуется тщательный скрининг стволовых клеток.
На заключительном этапе проекта они взяли клетки непосредственно у пациента с дефицитом альфа1-антитрипсина и исправили мутацию точно так же, как это было с установленной линией клеток. Исправленные клетки продуцировали нормальный белок альфа-1-антитрипсин.
"Поскольку в настоящее время нет другого лекарства от этого заболевания, кроме трансплантации печени, и с учетом того, что в национальную программу трансплантации печени включается все большее количество штаммов в результате резкого увеличения частоты заболеваний печени, альтернативные методы лечения генетических и других заболеваний печени являются обязательными. срочно ищется," – говорит профессор Дэвид Ломас, профессор биологии дыхания в Кембриджском университете и врач-консультант в больницах Адденбрука и Папворта (который работал над механизмом дефицита альфа1-антитрипсина в течение 20 лет и ухаживает за пациентами с этим заболеванием). "Наше исследование является важным шагом к разработке улучшающих или спасающих жизнь методов лечения этих людей.
"Это весьма примечательная серия результатов, основанная на тщательных исследованиях и щедром участии наших пациентов. Одним из следующих шагов будет изучение использования этого метода в испытаниях на людях."