Имунният отговор е една от основните бариери при CRISPR-базираното лечение
(снимка: CC0 Public Domain)
Лечението на кръвното заболяване сърповидно-клетъчна анемия се насочва в ново направление, благодарение на генното инженерство и по-конкретно на CRISPR технологиите. Работи се и върху разширяване на възможностите на CRISPR за решаване на други проблеми в медицината, става ясно от научно изследване.
По-рано през това десетилетие генни инженери откриха лесен начин за промяна в бактериален имунен механизъм, превръщайки го в инструмент за редактиране на генетична информация. Чрез него може да се търсят и намират определени гени в животински и растителни клетки и да се контролират ензимите под името Cas 9 по начин, по който става възможно въвеждането на нова информация от ДНК в дадени гени.
Посредством новия метод процедури, отнемащи преди месеци лабораторна работа, сега могат да костват на работещите само няколко дни, а понякога дори и часове, става ясно от публикация в Horizon, The EU Research and Innovation Magazine с автор Fintan Burke.
Според Луиджи Налдини, професор от Института за генна терапия San Raffaele Telethon в Милано, Италия, големият потенциал на генното инженерство отдавна е разкрит, но досега винаги ефективността на работата е била под съмнение. Професорът заявява, че времето преди въвеждането на CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) методите се определя като „BC” ера, или Before CRISPR.
По време на тази „ера” съществуват широко разпространени спекулации за потенциалните приложения на бързи и лесни методи за генно инженерство. Настрана от обещанията за стерилни комари и резистентни на болести банани, имаше и твърдения, че чрез CRISPR техниките могат да се премахват гени, отговорни за възникването и развитието на болести или да се добавят гени, свързани с повече здраве.
Може ли CRISPR технологиията да излекува сърповидно-клетъчна анемия
В момента в Института „Imagine” в Париж, Франция, учени изследват дали е възможно посредством CRISPR технологиите да се излекува сърповидно-клетъчната анемия – болест, дължаща се на генетично нарушение. Тя е резултат от генна мутация, водеща до замяната на хидрофилната глутаминова киселина с хидрофобното съединение валин (аминокиселини) в молекулата на хемоглобина – белтъкът, осъществяващ преноса на кислород и въглероден диоксид в човешкия организъм. В резултат на това се стига до формирането на червени кръвни клетки със сърповидна форма, които изпълняват изключително слабо транспортната си функция.
Д-р Тристан Феликс, собственик на лаборатория, която е част от проекта „GENE FOR CURE”, обяснява, че се работи по идея, базирана на CRISPR-Cas 9 технология, същността на която е премахването на определени гени в човешкия геном. Проектът се контролира от професор Марина Кавацана.
Процесът на работа включва взимането на стволови клетки от организма на пациента, въздействие върху гените, отговорни за болестта чрез CRISPR-Cas 9 технологията и след това въвеждане на променените стволови клетки отново в тялото с цел да се облекчат симптомите на генетичното заболяване.
Проучването на д-р Феликс използва третирани чрез CRISPR-технологиите стволови клетки, благодарение на които може да започне наново производството на фетален хемоглобин. Това вещество е налице при норма основно по време на бременността и при новородените, след тези периоди друг вид хемоглобин- хемоглобин А поема основната тежест на транспорта на кислорода и въглеродния диоксид. Установено е обаче, че феталният хемоглобин може да бъде сравнително добър заместител на нормалния хемоглобин А при възрастни.
Отключването на продукцията на фетален хемоглобин в организма се дължи на въздействието на CRISPR в посока имитиране на рядка делеция (геннна мутация, свързана с отпадане на гени), която блокира действието на генетичното изключване на синетазата на хемоглобина.
Резултати засега могат да се наблюдават само при лабораторни животни. Според д-р Феликс, проектът може да се реализира на практика успешно паралелно с приема на медикаменти за заболяването. Той е на мнение, че тези две средства ще преборят заболяването и хората, засегнати от него, ще започнат да водят нормален живот.
Предимства и недостатъци
Основен недостатък на метода е, че въвеждането на променени стволови клетки обратно в костния мозък крие сериозни хирургични рискове и налага дълъг постоперативен болничен престой. Освен това не може все още да се даде гаранция за дългосрочен резултат.
Сериозно предимство на описаната технология е това, че благодарение на въздействието върху собствени стволови клетки се избягва последваща трансплантация на чужди такива, т.е. пациентът не се излага на висок риск от компрометирана имунна толерантност.
Все пак имунният отговор е една от основните бариери за учените, които искат да развивата CRISPR-базираното лечение в клетки на пациент – директно или индиректно (в лаборатория).
Професор Налдини работи в посока подобряване на сигурността и прецизността на бъдещата, базирана на CRISPR технологиите медицина, като част от трансатлантическия проект, наречен UPGRADE. Според професора, имунологичната бариера е един от основните проблеми на нововъведението.
Безопасни вируси и нанотехнологии
Най-широко разпространеният начин за доставяне на CRISPR в човешка клетка е използването за целта на безопасен за човека вирус. Проблем обаче са имунните реакции на организма спрямо вирусите. Те могат да възпрепятстват доставянето на CRISPR до съответните клетки.
Промяната на някои вирусни характеристики може да реши този проблем, заявява професор Налдини. Друг подход е използването на нанотехнологиите. Съществуват различни комбинации от полимери, липиди и захари под формата на наночастици, които могат да бъдат носители на необходимия материал.
Засега обаче всичко по проекта е съвсем в началото. Проучвания се заемат с оборването на съмненията относно практическото приложение на CRISPR – технологиите. Според някои учени, поради недостатъчната точност на технологиите, ще се въздейства излишно върху части от генома, които не са зони на интерес. Друг проблем, които учени посочват е, че въвеждането на нов ген би могло да увреди друг от генома. Професор Налдини със сигурност ще работи в посока подобряване на точността при премахването и въвеждането на гени.
Ензимът Cas 9, който е отговорен за процедурите при отпадането на ген от генома, е бактериален ензим, срещащ се само в определени бактерии. Съществено значение има и ензимът рекомбиназа, който може да добавя последователности от гени. Планира се прецизна работа върху обединяването на действието на двата ензима за достигане на желания точен резултат.
CRISP не е панацея
Като цяло, професор Налдини смята, че CRISPR е удобна технология в практиката, но не и панацея, тъй като все още съществува проблема с биологичните и имунологичните бариери.
Въпреки това потенциалът на CRISPR не трябва да се подценява и може да се използва в практиката заедно с този на съществуващите генни терапии, категоричен е д-р Феликс. Той е на мнение, че сърповидно-клетъчната анемия ще се превърне в напълно лечимо заболяване в близките десет години.
Докторът също така твърди, че основната част от времето за работа по проекта и инвестициите в него ще бъдат посветени на сигурността и ефикасността му.