Мышечные стволовые клетки позволяют нашим мышцам наращивать и восстанавливать в течение всей жизни с помощью упражнений. Но если определенные мышечные гены мутируют, происходит обратное. У пациентов, страдающих мышечной дистрофией, скелетная мышца начинает ослабевать уже в детстве. Внезапно эти дети больше не могут бегать, играть на пианино или подниматься по лестнице, и часто к 15 годам они становятся зависимыми от инвалидной коляски. В настоящее время лечения этого состояния не существует.
"Теперь мы можем получить доступ к генным мутациям этих пациентов с помощью технологии CRISPR-Cas9," объясняет профессор Симона Спулер, руководитель лаборатории миологии в Центре экспериментальных и клинических исследований (ECRC), совместном учреждении Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка при Ассоциации Гельмгольца и Charité – Universitätsmedizin Berlin. "В амбулаторной клинике Шарите мы лечим более 2000 пациентов с мышечными расстройствами и быстро осознали потенциал новой технологии." Исследователи немедленно начали работать с некоторыми из пострадавших семей и теперь представили свои результаты в журнале JCI Insight. В исследуемых семьях родители были здоровы и понятия не имели, что у них есть мутировавший ген. Все дети унаследовали копию мутации болезни от обоих родителей.
Отредактированные человеческие мышечные стволовые клетки превратились в мышечные волокна у мышей
Термин «мышечная дистрофия» используется для обозначения около 50 различных заболеваний. "Все они идут по одному и тому же пути, но отличаются из-за мутации разных генов," объясняет Спулер. "И даже внутри генов разные сайты могут мутировать." После геномного анализа всех пациентов исследователи выбрали одну семью из-за их особой формы заболевания: мышечная дистрофия конечностей-пояса 2-D / R3 относительно распространена, быстро прогрессирует и имеет подходящее место для стыковки “ генетических ножниц ”. ‘близко к мутации в ДНК.
Для исследования исследователи взяли образец мышечной ткани у десятилетнего пациента, выделили стволовые клетки, размножили их in vitro и использовали редактирование базы для замены пары оснований на мутировавшем участке. Затем они ввели отредактированные мышечные стволовые клетки в мышцы мыши, которые могут переносить чужеродные клетки человека. Они размножились у грызунов и больше всего превратились в мышечные волокна. "Тем самым мы впервые смогли показать, что можно заменить больные мышечные клетки здоровыми," говорит Спулер. После дальнейших тестов восстановленные стволовые клетки будут повторно введены пациенту.
Базовое редактирование – сложная техника
Базовое редактирование – это новый и очень сложный вариант инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9. В то время как в "классический" Методом обе нити ДНК разрезаются этими молекулярными ножницами, ферменты Cas, используемые для редактирования базы, просто отрезают остаточную глюкозу от конкретной базы и присоединяют другую, тем самым создавая другое основание на целевом участке. "Этот инструмент больше похож на пинцет, чем на ножницы, и идеально подходит для проведения целевых точечных мутаций в гене," говорит доктор. Хелена Эскобар, молекулярный биолог из команды Спулера. "Это также гораздо более безопасный метод, потому что нежелательные изменения крайне редки. В генетически восстановленных мышечных стволовых клетках мы не наблюдали каких-либо ошибок в непредусмотренных областях генома." Эскобар – ведущий автор исследования и разработчик метода для мышечных клеток.
Аутологичная клеточная терапия, которая включает в себя удаление собственных стволовых клеток пациента, их редактирование вне тела и последующую инъекцию обратно в мышцу, не позволит пациентам, которые уже прикованы к инвалидной коляске, снова ходить. "Мы не можем восстановить мышцу, которая уже атрофировалась и была заменена соединительной тканью," Напряжения Спулера. И количество клеток, которые можно редактировать in vitro, также ограничено. Тем не менее, исследование является первым доказательством того, что такая форма терапии может быть даже возможна для группы ранее неизлечимых заболеваний, и ее можно использовать для восстановления небольших мышечных дефектов, таких как дефекты сгибателя пальца.
На шаг ближе к излечению
Но это только первый шаг. "Следующей вехой будет поиск способа введения базового редактора непосредственно пациенту. Оказавшись внутри тела, он некоторое время «плавал», редактировал все мышечные стволовые клетки, а затем снова быстро разрушался." Команда хочет в ближайшее время начать первые испытания модели мыши. Если это также сработает, новорожденных можно будет проверять на соответствующие генные мутации в будущем, и лечебную терапию можно будет начать в то время, когда потребуется редактировать сравнительно небольшое количество клеток.
Итак, как может выглядеть in vivo терапия мышечной дистрофии в конкретных терминах? Это то, что ученые в течение некоторого времени тестировали на моделях животных с использованием вирусных векторов. Однако Хелена Эскобар объясняет, что, поскольку эти переносчики остаются в организме слишком долго, риск неправильного употребления и токсических эффектов слишком высок. "Альтернативой могут быть молекулы мРНК, которые содержат информацию, позволяющую редактору синтезировать инструменты in vivo," говорит молекулярный биолог. "мРНК очень быстро разрушается в организме, поэтому терапевтические ферменты могут оставаться в активном состоянии только в течение короткого времени." При необходимости терапию, вероятно, можно будет повторить. "Мы еще не знаем, будет ли это цикл терапии, включающий несколько применений."
Этот терапевтический путь будет означать, что, в отличие от терапии аутологичными клетками, не каждому пациенту нужно будет лечить индивидуально. Для каждой формы мышечной терапии один "орудие труда" будет достаточно, чтобы вылечить атрофию мышц до того, как произойдет серьезное повреждение. Но пока до этого еще далеко.