Ключевые слова : генотерапия, векторная доставка генов, невекторная доставка генов, in vivo, ex vivo, лечение заболеваний, перспективы генотерапии, клинические испытания генотерапии, ограничения генотерапии.
Генотерапия — это метод лечения заболеваний, основанный на внесении изменений в генетический материал клеток пациента. Это достигается путем введения в организм человека функциональных копий генов, которые заменяют дефектные, или путем регуляции экспрессии уже имеющихся генов.
Генотерапия как научное направление зародилась в 1970-х годах. Первые клинические испытания генотерапевтических методов лечения были проведены в 1990-х годах. В последние годы, благодаря достижениям в молекулярной биологии и генной инженерии, генотерапия получила второе дыхание.
Это перспективное направление в фармакологии, которое имеет потенциал изменить подход к лечению многих заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми путем замены дефектных генов, что может привести к полному излечению от многих заболеваний.
Генотерапия может привести к созданию принципиально новых лекарств, основанных на модификации генов; может стать ключом к персонализированной медицине, когда методы лечения будут подбираться индивидуально для каждого пациента с учетом его генетических особенностей; а также может сделать лечение некоторых заболеваний более доступным, так как она может быть более эффективной, чем традиционные методы лечения.
Целью генной терапии человека является экспрессия экзогенной ДНК в определенном месте in vivo в течение достаточно долгого времени и на достаточных уровнях для достижения терапевтического ответа. Препятствия на пути к этой цели многочисленны и включают в себя создание или упаковку ДНК, доставку in vivo, проникновение биологических барьеров, элиминацию ДНК внутри клетки и из тканевых компартментов всего организма, контроль экспрессии продукта и явную токсичность. Текущая задача состоит в том, чтобы устранить каждое из этих препятствий для создания практичной и эффективной генной терапии. При этом жизненно важно понимать расположение ДНК-векторов in vivo и знать, как можно использовать традиционные лекарства для модуляции этого расположения и усиления терапевтического эффекта этих векторов.
Основные методы генотерапии.
Существует два основных метода генотерапии: векторная и невекторная доставка генов.
Векторная доставка генов [1]:
В данном методе для доставки терапевтических генов в клетки используются специальные «векторы». Векторы — это модифицированные вирусы или плазмиды, которые не способны к репликации в организме человека.
Типы векторов:
1) Вирусные векторы: аденовирусы, ретровирусы, лентивирусы, адено-ассоциированные вирусы (AAV).
2) Невирусные векторы: липосомы, полимерные наночастицы, конъюгаты ДНК с белками.
Преимущества:
– Высокая эффективность доставки генов.
– Возможность доставки генов в различные типы клеток.
Недостатки:
– Потенциальная иммунная реакция на вектор.
– Риск интеграции вектора в геном человека.
Невекторная доставка генов [1]:
В данном методе терапевтические гены вводятся в клетки без использования векторов.
Методы:
1) Прямая инъекция ДНК: ДНК вводится в клетки с помощью микроинъекции или электропорации.
2) Липосомальная трансфекция: ДНК инкапсулируется в липосомы, которые затем сливаются с клеточной мембраной.
Преимущества:
– Низкая иммунная реакция.
– Отсутствие риска интеграции в геном человека.
Недостатки:
– Низкая эффективность доставки генов.
– Не подходит для всех типов клеток.
Инъекция генов in vivo и ex vivo:
In vivo:
– Терапевтические гены вводятся непосредственно в организм пациента.
– Подходит для лечения системных заболеваний.
– Примеры: инъекция аденовирусных векторов для лечения муковисцидоза, инъекция AAV-векторов для лечения гемофилии.
Ex vivo :
– Клетки пациента извлекаются из организма, модифицируются in vitro с помощью генов, а затем возвращаются пациенту.
– Подходит для лечения заболеваний, которые затрагивают определенные типы клеток.
– Примеры: генная модификация T-клеток для лечения рака, генная модификация стволовых клеток для лечения заболеваний крови.
Выбор метода генотерапии зависит от ряда факторов, таких как тип заболевания, тип клеток, которые необходимо модифицировать, и доступные технологии.
Применение генотерапии в фармакологии.
Генотерапия позволяет заменить дефектные гены, что может привести к полному излечению от таких заболеваний, как муковисцидоз, гемофилия, синдром Леша-Найхана, серповидноклеточная анемия, болезнь Тая-Сакса.
Генотерапия может использоваться для активации иммунной системы против раковых клеток, доставки лекарственных препаратов непосредственно к опухоли, и регулирования экспрессии генов, которые участвуют в росте и развитии опухоли, как например генная модификация T-клеток для лечения CAR-T терапии или использование AAV-векторов для доставки антиген-специфических рецепторов T-клеткам [2].Генотерапия также может замедлить или остановить прогрессирование таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, амиотрофический боковой склероз. Примерами тому могут быть использование AAV-векторов для доставки генов, которые нейропротекторные, а также генная модификация стволовых клеток для лечения нейродегенеративных заболеваний [2].
Лечение, направленное на чрезвычайно редкие группы пациентов, которые определяются конкретным биомаркером или генетической мутацией, открывает явную возможность для генной терапии, но также создает серьезные проблемы. Полностью слепые плацебо-контролируемые модели испытаний могут оказаться непригодными для генной терапии, требующей инвазивных процедур введения; например, Glybera требует до 60 внутримышечных инъекций в бедро под наркозом.
Преимущества и недостатки генотерапии.
Генотерапия может стать эффективным методом лечения заболеваний, которые не поддаются другим методам терапии и может привести к полному излечению от некоторых заболеваний, а не только к облегчению симптомов.
Возможными рисками могут быть иммунная реакция на вектор, риск интеграции вектора в геном человека и неопределенные долгосрочные последствия помимо того фактора, что у генотерапии высокая стоимость лечения, она не подходит для всех типов заболеваний и существующие технические сложности.
Будущее генотерапии в фармакологии.
На данный момент проводится множество исследований по разработке новых
методов генотерапии для лечения различных заболеваний, в мире проходит более 3000 клинических испытаний генотерапевтических препаратов [3].
В перспективе необходимо разрабатыватьболее безопасных и эффективных векторов доставки генов, расширять применения генотерапии для лечения различных заболеваний, работать над снижением стоимости генотерапии, повышением безопасности методов, разработкой методов генотерапии для лечения сложных заболеваний и обеспечение доступности генотерапии для всех пациентов.
Заключение
Генотерапия — это перспективное направление с большим потенциалом для лечения широкого спектра заболеваний. Несмотря на наличие некоторых трудностей, данная технология обладает возможностью революционизировать фармакологию и подарить надежду миллионам пациентов.
Литература:
- Мельникова Е. В., Меркулова О. В., Чапленко А. А., Рачинская О. А., Меркулов В. А. Мировой опыт регистрации и применения препаратов для генной терапии в клинической практике // Антибиотики и химиотерапия. — 2019.
- Мохов А. А., Меркулов В. А., Мельникова Е. В., Попов П. И., Дудченко В. В., Кошечкин К. А. Номенклатура генотерапевтических лекарственных препаратов: международный опыт // Ремедиум. Журнал о российском рынке лекарств и медицинской технике. — 2019.
- Слободкина Еа., Карагяур М. Н., Балабаньян В. Ю., Макаревич П. И., Чапленко А. А., Яворский А. Н. Генная терапия в регенеративной медицине: последние достижения и актуальные направления развития // Гены и клетки. — 2020.
