Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета нашли новый способ сконструировать ключевые клетки иммунной системы, чтобы они оставались устойчивыми к ВИЧ, вирусу, вызывающему СПИД.
Новое исследование описывает использование своего рода молекулярных ножниц для вырезания и вставки ряда устойчивых к ВИЧ генов в Т-клетки, специализированные иммунные клетки, нацеленные на вирус СПИДа. Редактирование генома было произведено в гене, который вирус использует для проникновения в клетку. По словам Мэтью Портеуса, доктора медицины, доцента педиатрии в Стэнфорде и детского гематолога / онколога, инактивируя ген рецептора и вставляя дополнительные гены анти-ВИЧ, вирус был заблокирован от проникновения в клетки, что не позволило ему разрушить иммунную систему. в детской больнице Люсиль Паккард.
"Мы инактивировали один из рецепторов, которые ВИЧ использует для проникновения, и добавили новые гены для защиты от ВИЧ, поэтому у нас есть несколько уровней защиты – то, что мы называем стекингом," сказал Портеус, главный исследователь исследования. "Мы можем использовать эту стратегию для создания клеток, устойчивых к обоим основным типам ВИЧ."
Он сказал, что новый подход, форма индивидуальной генной терапии, может в конечном итоге заменить медикаментозное лечение, при котором пациенты должны ежедневно принимать несколько лекарств, чтобы держать вирус под контролем и предотвращать потенциально смертельные инфекции, вызванные СПИДом. Работа проводилась в лаборатории, и все равно потребуются клинические испытания, чтобы определить, будет ли этот подход работать в качестве терапии.
"Предоставление инфицированному человеку устойчивых Т-лимфоцитов не излечит его вирусную инфекцию," сказала Сара Сойер, доктор философии, доцент кафедры молекулярной генетики и микробиологии Техасского университета в Остине и соавтор исследования. "Однако он предоставит им защищенный набор Т-клеток, который предотвратит иммунный коллапс, который обычно вызывает СПИД."
Исследование будет опубликовано в январе. 22 выпуск Молекулярной терапии.
Одна из больших проблем в лечении СПИДа заключается в том, что вирус известен своей мутацией, поэтому пациентов необходимо лечить коктейлем из препаратов, известных как высокоактивная антиретровирусная терапия или ВААРТ, которые воздействуют на него на различных этапах процесса репликации. Исследователи смогли обойти эту проблему с помощью новой многоаспектной генетической атаки, которая блокирует ВИЧ по нескольким направлениям. По сути, они надеются имитировать ВААРТ с помощью генетических манипуляций.
Этот метод основан на том факте, что вирус обычно проникает в Т-клетки, прикрепляясь к одному из двух поверхностных белков, известных как CCR5 и CXCR4. Некоторые из новейших лекарств, которые в настоящее время используются в лечебных целях, препятствуют активности этих рецепторов. У небольшого числа людей есть мутация в CCR5, которая делает их естественными устойчивыми к ВИЧ. Один больной СПИДом с лейкемией, теперь известный как пациент из Берлина, был излечен от ВИЧ, когда ему сделали трансплантацию костного мозга от донора, у которого был резистентный ген CCR5.
Ученые из Sangamo BioSciences в Ричмонде, Калифорния., разработали методику использования белка, который распознает и связывается с геном рецептора CCR5, генетически модифицируя его, чтобы имитировать естественно устойчивую версию. В методе используется нуклеаза цинкового пальца, белок, который может расщеплять части ДНК, чтобы эффективно инактивировать ген рецептора. В настоящее время компания тестирует свои гены устойчивости к CCR5 в испытаниях фазы 1 и 2 на пациентах со СПИДом в Университете Пенсильвании.
Ученые из Стэнфорда использовали аналогичный подход, но с добавлением изюминки. Они использовали ту же нуклеазу для обнуления неповрежденного участка ДНК рецептора CCR5. По словам Портеуса, они создали разрыв в последовательности и в результате генетического редактирования вставили три гена, которые, как известно, придают устойчивость к ВИЧ. Этот метод размещения нескольких полезных генов в определенном месте известен как "штабелирование."
Включение трех резистентных генов помогло защитить клетки от проникновения ВИЧ через рецепторы CCR5 и CXCR4. Отключение гена CCR5 нуклеазой, а также добавление генов против ВИЧ создали несколько уровней защиты.
По словам Портеуса, важно блокировать ВИЧ-инфекцию через рецепторы CCR5 и CXCR4, поскольку раньше этого не удавалось добиться путем редактирования генома. Чтобы проверить защитные способности Т-клеток, ученые создали версии, в которых они вставляли один, два и все три гена, а затем подвергали Т-клетки действию ВИЧ.
Хотя Т-клетки с модификациями одного и двух генов были в некоторой степени защищены от нападения ВИЧ, триплеты оказались наиболее устойчивыми к инфекции. Эти триплетные клетки обладали более чем 1200-кратной защитой от ВИЧ, несущей рецептор CCR5, и более чем 1700-кратной защитой от клеток с рецептором CXCR4, сообщили исследователи. Т-клетки, которые не были изменены, умерли от инфекции в течение 25 дней.
Портеус сказал, что рассматривает эту работу как важный шаг вперед в разработке генной терапии ВИЧ.
"Я очень взволнован тем, что уже произошло," он сказал. "Это значительное улучшение в приложении первого поколения."
Он сказал, что потенциальный недостаток стратегии заключается в том, что, хотя нуклеаза предназначена для создания разрыва в одном месте, она может вызвать разрыв в другом месте, что приведет к раку или другой клеточной аберрации. Он сказал, что также возможно, что клетки могут не переносить генетические изменения.
"Возможно, клеткам не понравятся белки, которые их просят экспрессировать, поэтому они не будут расти," он сказал.
Но он сказал, что считает обе проблемы технически решаемыми. Он сказал, что следующим шагом исследователей будет проверка стратегии на Т-клетках, взятых у больных СПИДом, а затем переход к испытаниям на животных. Он сказал, что надеется начать клинические испытания в течение трех-пяти лет.
Хотя этот метод трудоемок и требует индивидуального подхода к каждому пациенту, он спасет пациентов от пожизненной зависимости от антиретровирусных препаратов, которые имеют неблагоприятные побочные эффекты, отметил Портеус.
Он сказал, что также надеется адаптировать эти методы для использования против других заболеваний, таких как серповидноклеточная анемия, одна из областей его интересов. Портеус работает с пациентами службы трансплантации костного мозга у детей в Packard Children’s.
Помимо Сойера, он сотрудничал с Ричардом Войтом, бывшим аспирантом Стэнфордского университета, который в настоящее время является кандидатом медицинских наук в Юго-западном медицинском центре Техасского университета, и Мойрой МакМахон, доктором философии, бывшим докторантом Стэнфорда, которая сейчас работает в больнице. Калифорнийский университет в Сан-Диего.