Перспективні методи лікування все ще стикаються з технічними та економічними перешкодами.
Одного осіннього дня 2020 року Патрік Доерті вигулював свого собаку на круту гору в графстві Донегал, Ірландія, коли помітив, що йому незвично важко дихати. Діагноз був жахливим: амілоїдоз, рідкісне генетичне захворювання, яке спричиняє накопичення білка амілоїду в органах і тканинах. Прогноз був ще гіршим: хвороба спричинятиме йому роки болю, поки не вб’є його остаточно. Однак перед обличчям такої жахливої долі пану Догерті пощастило. Він зміг долучитися до випробування нової медичної терапії і, зробивши лише одну ін’єкцію, очевидно, вилікувався. Тепер він продовжує щотижня вигулювати свого собаку на круту гору в графстві Донегал.
Під час лікування гени пана Догерті були відредаговані за допомогою crispr-Cas9 – технології, яка блискавично перейшла з лабораторії в клініку. Вчені вже використовували редагування генів для покращення зору людей зі спадковим захворюванням, що спричиняє сліпоту. Вони також можуть вилікувати серповидноклітинну анемію та відновити слух у глухих мишей. Цей новий клас ліків набиратиме обертів у наступному році, борючись із серцево-судинними та онкологічними захворюваннями. Нове покоління більш точних та ефективних інструментів для редагування генів також проходить випробування.
Ріжемо і біжимо
crispr-Cas9 діє як пара молекулярних ножиць, які розрізають ДНК у точному місці. Шматок рНК (одноланцюгової версії ДНК), прикріплений до ліків, спрямовує фермент Cas9. Після того, як ДНК розрізана, в дію вступають природні механізми відновлення клітини. Ліки, що редагують гени, керують цими природними клітинними системами і в кінцевому підсумку замінюють існуючий (проблемний) сегмент коду новою (виправленою) послідовністю.
Швидкість інновацій вражає. crispr-Cas9 було відкрито в лабораторії в 2012 році, а вже через три роки eGenesis, біотехнологічна фірма в Кембриджі, штат Массачусетс, використовувала його для редагування свинячих ембріонів з метою створення органів, більш придатних для трансплантації людині. До 2016 року терапія crispr-Cas9 була схвалена для випробування на пацієнтах з раком, щоправда, на імунних клітинах, які були видалені з організму, відредаговані, щоб допомогти цим клітинам краще боротися з раком, а потім повернуті назад.
Наступного року фармацевтичні компанії Vertex і Crispr Therapeutics, розташовані в Бостоні, штат Массачусетс, і Цугу, Швейцарія, оголосили про спільну розробку препарату під назвою ctx001, який лікує два захворювання: серповидноклітинну анемію і бета-таласемію. Обидва захворювання спричинені генетичними помилками в інструкціях з виробництва гемоглобіну, білка, який допомагає червоним кров’яним клітинам переносити кисень.
Препарат ctx001, відомий сьогодні як Casgevy (exagamglogene autotemcel), з’явився на ринку в листопаді 2023 року за ціною $2,2 млн за одноразове лікування. Він передбачає збір стовбурових клітин крові пацієнта, редагування гена в них, щоб перезапустити виробництво типу гемоглобіну, який зазвичай виробляється лише тоді, коли дитина перебуває в утробі матері, і повторне введення цих стовбурових клітин. Після цього пацієнт здатен виробляти достатню кількість здорових еритроцитів для лікування симптомів своїх захворювань крові.
Незважаючи на свою ефективність, crispr-Cas9 має обмеження. Молекула-орієнтир рНК іноді може бути неточною, що призводить до ненавмисних розрізів у ДНК пацієнта. Більше того, оскільки інструмент розриває обидві нитки в спіралі ДНК, подальше відновлення також може призвести до небажаних вставок або вилучень. Таке пошкодження генетичної інформації може зрештою призвести до раку або порушити роботу клітин в інший спосіб.
Наприклад, нікази crispr-Cas9 – це ферменти, які розрізають лише одну нитку подвійної спіралі ДНК. Для внесення генетичних змін нікази потрібно використовувати в парі, що означає менший ризик нецільових ефектів. Малоймовірно, що обидва нікази при редагуванні неправильно зв’яжуться з однією і тією ж ділянкою ДНК. Інший метод, “базове редагування”, може хімічно змінити одну літеру послідовності ДНК на іншу без необхідності вирізання.
Деякі з цих методів вже застосовуються в клініці. У 2022 році пацієнту з сімейною гіперхолестеринемією в рамках дослідження було зроблено інфузію препарату, що знижує рівень холестерину в крові. Захворювання, на яке страждає кожна 250-та людина, призводить до зниження виведення поганого холестерину з крові. Препарат verve-101 від Verve Therapeutics вимикає ген pcsk9 у печінці, вносячи однолітерну зміну в ДНК (з A на G).
Компанія Beam Therapeutics, що базується в Кембриджі, штат Массачусетс, використовує редагування генів для лікування цілого ряду захворювань. Серед них – внесення чотирьох змін у ДНК імунних клітин, щоб вони могли краще боротися з лейкемією, а також продукт, який працює при тих самих захворюваннях, що й препарат Casgevy. Компанія вважає, що її препарат на основі базового редагування працюватиме краще, ніж crispr-Cas9, і забезпечуватиме вищий рівень гемоглобіну. Дані ранніх випробувань технології редагування на пацієнтах очікуються в другій половині цього року.
На клінічній межі знаходиться “прайм-редагування”, в якому використовується ніказа Cas9 разом зі спеціально розробленим рНК-провідником, який не тільки знаходить потрібну ділянку ДНК, але й несе в собі шаблон бажаної зміни. До білка crispr також приєднаний фермент під назвою зворотна транскриптаза. Він зчитує шаблон рНК і синтезує правильну послідовність ДНК на місці вирізаної ділянки, отримуючи точно відредагований ген.
У квітні Девід Лю, молекулярний біолог з Гарвардського університету, написав на X, що перше випробування з використанням прайм-редагування на пацієнті було схвалено лише через чотири з половиною роки після того, як його лабораторія опублікувала першу статтю про цю технологію. Prime Medicine, біотехнологічна фірма з Кембриджа, штат Массачусетс, вже розпочала клінічні випробування свого препарату pm359 для лікування хронічної гранулематозної хвороби – небезпечного для життя стану, який впливає на здатність крові знищувати інфекції.
Можливість змінювати великі фрагменти геному, як у випадку з праймер-редагуванням, дає змогу лікувати хвороби, де помилки розтягнуті на велику відстань, як-от хвороба Гантінгтона. Але це також може допомогти у вирішенні складних економічних питань лікування рідкісних захворювань. Замість того, щоб створювати ліки, які лікують одну мутацію гена, можна було б виправити багато типів мутацій за допомогою однієї корекції. Гнучкість технології означає, що теоретично прайм-редагування може виправити майже 90% генетичних варіацій, що спричиняють захворювання.
Технологічний прогрес в інструментах для редагування генів не зупиняється. Ще один метод, відомий як “мостова РНК”, деталі якого були опубліковані в червні в журналі Nature, використовує форму направляючої РНК, яка розпізнає дві ділянки ДНК – цільову ділянку і новий ген, який потрібно вставити. Ця нова методика дозволяє додавати, видаляти або інвертувати великі ділянки ДНК.
Усі ці нові технології стикаються з технічними перешкодами та проблемами безпеки в найближчі роки. Велике питання полягає в тому, як доставити терапію в потрібне місце в організмі. Клітини крові, ракові пухлини, сітківка ока і печінка – все це легко дістатися і відредагувати. З мозком і легенями складніше. Одне з рішень проблеми доставки, запропоноване компанією Aera Therapeutics з Кембриджу, штат Массачусетс, – це капсид, наночастинка з білковою оболонкою. Засновані на людських білках, ці наночастинки можуть бути спрямовані до різних тканин, не викликаючи при цьому сильної реакції з боку імунної системи організму.
Але, можливо, найбільшим викликом буде економічний. Поки що нове покоління геномних ліків є надзвичайно дорогим – ін’єкція препарату Hemgenix, генної терапії гемофілії b, коштує 3,5 мільйона доларів, що приблизно на мільйон доларів більше, ніж препарат Casgevy. Фірми вважають, що вони можуть встановлювати високі ціни не тільки через витрати на розробку і виробництво ліків, але й тому, що вони пропонують потенційно довічні переваги (хоча довговічність цих методів лікування ще належить довести).
Є підстави вважати, що з часом витрати можуть знизитися. Лікування захворювань, які вражають більші групи пацієнтів, таких як хвороби серця, допомогло б зменшити витрати. Зрештою, багато хто вважає, що інструменти для редагування генів перетворяться на “платформи”, де основна технологія залишиться незмінною, і лише конкретні інструкції для зміни генів будуть підлаштовуватися під нові захворювання. Це зменшить потребу в клінічних випробуваннях для кожного нового препарату. Однак доки цього не станеться, компанії можуть бути змушені відмовитися навіть від багатообіцяючих методів лікування через ринкові умови. Проте редагування генів розвивається так швидко, що, здається, питання лише в тому, коли, а не чи подолають ці нові ліки свої труднощі, а не в тому, чи подолають.