Эта генная терапия спасла мышей от глухоты - и может спасти слух людей
Ученые успешно модифицировали ДНК мышей с определенной генетической мутацией, чтобы предотвратить их полное исчезновение. Если метод редактирования генов окажется безопасным, его можно было бы однажды использовать для лечения одного и того же типа потери слуха у людей.
Исследователи вводили инструмент для редактирования генов CRISPR-Cas9 в уши живых мышей с генетической мутацией, вызывающей глухоту. Согласно исследованию, опубликованному сегодня в Nature, молекулярные ножницы смогли точно разрезать вызывающую болезнь копию гена без нарушения здоровой копии. Несмотря на то, что исследователи считают, что им удалось восстановить лишь небольшую часть клеток в ухе, это предотвратило потерю всех мышей.
За последние несколько лет редактирование генов добилось больших успехов. Только в прошлом месяце ученые попытались впервые редактировать ДНК человека в своем теле, чтобы вылечить изнурительное генетическое заболевание, называемое синдромом Хантера. Методика, описанная в сегодняшнем исследовании, также пытается отредактировать ДНК внутри тела живого животного — в данном случае мышей. Это важный шаг в развитии генной терапии, которая вовлекает гены для лечения или профилактики заболеваний.
«Мы вступили в эпоху, когда человеческий геном является реальной лекарственной мишенью», — говорит Федор Урнов, заместитель директора Института биомедицинских наук Альтия, который не участвовал в исследовании. Исследователи «сделали первый важный шаг и надежную перспективу для людей, которые имеют эту мутацию».
Инструмент для редактирования генов CRISPR-Cas9 основан на использовании защитных механизмов, используемых бактериями для защиты от вирусов путем отсечения битов их ДНК. Ученые разработали этот механизм для редактирования фрагментов генетического кода, создавая, например, необычно мускулистых биглей и москитов, которые не передают малярию. Техника быстро развивается: в прошлом году в Китае врачи взяли иммунные клетки у пациента с раком легких, отредактировали их, а затем ввели клетки обратно в пациента, чтобы помочь победить болезнь. Ранее в этом году ученые из США использовали CRISPR для редактирования эмбрионов человека и пытались исправить мутацию гена, которая вызывает опасное состояние сердца.
Последний инструмент, разработанный исследователями в США и Китае, нацелен на ухо для лечения редкой формы генетической глухоты. Хотя люди могут потерять слух по целому ряду причин — старость, а также воздействие громких шумов — генетика отстает чуть меньше половины всех случаев глухоты, говорит соавтор исследования Дэвид Лю, профессор химии и химического биологии в Гарварде, который также имеет филиалы в Большом Институте и Медицинском Институте Говарда Хьюза. Болезнь слуха, решаемая в этом исследовании, вызвана мутациями в гене TMC1. Эти мутации вызывают смерть так называемых волосковых клеток во внутреннем ухе, которые преобразуют механические вибрации, такие как звуковые волны, в нервные сигналы, которые мозг интерпретирует как слух. В результате люди начинают терять слух в детстве или в 20 лет и могут полностью потерять его 50 и 60 лет.
Чтобы отрезать эти мутантные копии гена, Лю и его коллеги смешали CRISPR-Cas9 с липидной каплей, которая позволяет инструменту для редактирования генов войти в волосковые клетки и начать работать. Когда смесь была введена в одно ухо новорожденных мышей с этим заболеванием, молекулярные ножницы смогли точно сократить глухоту, вызывающую копию гена, оставив только здоровую копию, даже если эти две копии отличаются только одной базовой парой. Лечение позволило волосковым клеткам оставаться здоровыми.
После четырех недель необработанные уши могли только понимать шумы, которые были 80 децибел или громче, примерно так же громко. Вместо этого обработанные уши обычно слышат звуки в диапазоне от 60 до 65 децибел, что является тем же самым, что и тихий разговор. «Если можно перевести это 15-децибельное улучшение чувствительности к слуху у людей, это фактически повлияет на качество слуха», — рассказывает Лю.
Через восемь недель исследователи провели тест на поражение — «эквивалент ходьбы позади вашего друга и крика» Бу! «И наблюдая, как они прыгают», — говорит Лю. Когда необработанных мышей помещали в звукоизолирующую камеру и подвергали импульсу громкого шума, они не прыгали — они были полностью глухими. Но громкий звук поразил мышей, которые получали генную терапию даже в одном ухе. «Они доказали, что, когда вы избавляетесь от копии мутантов, вы предотвращаете потерю слуха», — говорит Урнов. «Клетка может, по сути, не просто жить, но процветать, когда вы избавляетесь от мутантной копии».
Ученые точно не знают, сколько волосковых клеток им удалось восстановить. Они думают, что это всего лишь фракция — возможно, от 10 до 25 процентов. Но они знают, что их техника была очень точной, нарушая 20 мутантных копий гена для каждой здоровой копии гена. «Недостатком является то, что эффективность не была слишком высокой, но хорошая новость заключается в том, что им это не нужно», — говорит Урнов. В будущем техника может помочь разработать методы лечения других типов генетической глухоты и даже других генетических заболеваний, как говорит Лю.
Однако до того, как лечение может быть использовано у людей, его нужно тестировать на человеческих клетках, а затем на крупных животных, таких как свиньи или приматы. Убедившись, что терапия эффективна и безопасна, может занять около десятилетия, говорит Лю, но Урнов более оптимистичен: два года. Урнов говорит, что клинические испытания для редактирования ДНК людей для лечения генетических нарушений уже происходят, хотя с другим инструментом редактирования генов, называемым цинковыми пальцами. Таким образом, есть четкий путь для того, как лечение может быть одобрено для использования в людях, говорит он.
