Генотерапі́я або генна терапія — сукупність генноінженерних (біотехнологічних) і медичних методів, спрямованих на внесення змін у генетичний апарат соматичних клітин людини з метою лікування захворювань. Це перспективна галузь, орієнтована на виправлення дефектів, викликаних мутаціями (змінами) в структурі ДНК, або додання клітинам нових функцій.
Редагування генів є потенційним підходом до зміни геному людини для лікування генетичних захворювань, вірусних захворювань і окнологічних патологій.
Розвиток концепції генотерапії
Концепція генотерапії, мабуть, з'явилася відразу після відкриття явища трансформації у бактерій і вивчення механізмів трансформації клітин тварин пухлинотворними вірусами. Такі віруси можуть здійснювати стабільне впровадження генетичного матеріалу в геном клітини господаря, тому було запропоновано використовувати їх як вектори для доставки бажаної генетичної інформації в геном клітин — для корекції помилок, модифікації клітин чи додавання специфічних властивостей.
Реальністю генна корекція соматичних клітин стала після 1980-х років, коли були розроблені методи отримання ізольованих генів, створені еукаріотичні експресуючі вектори та стали звичайними переноси генів у мишей та інших тварин.
Історично генна терапія націлювалась на лікування спадкових генетичних захворювань, проте поле її застосування, принаймні теоретично, розширилося. В наш час генну терапію розглядають як потенційно універсальний підхід до лікування широкого спектра захворювань, починаючи від спадкових, генетичних і закінчуючи інфекційними.
- Одним із найперших успішних прикладів було використання генної терапії для лікування тяжкого комбінованого імунодефіциту (ТКІД), рідкісного та часто смертельного генетичного розладу, який впливає на імунну систему. У 1990 році група дослідників з Національного інституту здоров’я провела перше успішне випробування генної терапії ТКІД, під час якого вони використовували генетично модифікований вірус для доставки здорових копій гена, якого не було у пацієнтів із ТКІД, до клітин кісткового мозку. Ця генна терапія призвела до вироблення функціональних імунних клітин у пацієнтів, що призвело до значного покращення їхніх симптомів і нормалізації функції їхньої імунної системи.
- Перше лікування, яке викликало постійні генетичні зміни, було розпочато в 1993 році. Мета полягала в тому, щоб вилікувати злоякісні пухлини головного мозку за допомогою рекомбінантної ДНК для перенесення гена, що робить пухлинні клітини чутливими до препарату, який, у свою чергу, спричинить загибель пухлинних клітин.
- Перша комерційна генна терапія, Gendicine, була схвалена в Китаї в 2003 році для лікування деяких видів раку.
- У 2012 році Glybera, засіб для лікування рідкісного спадкового захворювання, дефіциту ліпопротеїнліпази, стало першим засобом, схваленим для клінічного використання в Європі чи Сполучених Штатах після його схвалення Європейською Комісією.
- Як правило, зусилля зосереджені на введенні гена, який викликає експресію необхідного білка. Нещодавно покращене розуміння функції нуклеази призвело до більш прямого редагування ДНК за допомогою таких методів, як нуклеази цинкового пальця (Zinc finger nuclease, ZFN) та CRISPR. Вектор включає гени в хромосоми. Експресовані нуклеази потім вибивають і замінюють гени в хромосомі. Станом на 2014 рік ці підходи включають видалення клітин у пацієнтів, редагування хромосоми та повернення трансформованих клітин пацієнтам.
- Групою вчених у 2020 році була проведена генотерапія для омолодження та відновлення нервового волокна сітківки. Старим мишам ввели за допомогою аденовірусу гени, які синтезують фактори Яманакі, які епігенетично омолоджують клітини. Таке омолодження клітин дозволило відновити штучно пошкоджений оптичний нерв — нервові волокна бувально виросли знову. Вчені досягли х2 збільшення кількості клітин сітківки і х5 прискорення росту оптичного нерва.
- У 2022 році завдяки новій формі редагування генів ("base editing") молода дівчина у Великій Британії, хвора на лейкемію, була вилікована за 6 місяців. Редагування основи та мультиплексування можуть забезпечити більш ефективне лікування CAR-T для пацієнтів з невиліковними раковими захворюваннями.
- У 2022 році голландські вчені з Інституту Губрехта, UMC Utrecht та Oncode Institute використали іншу форму редагування генів – первинне редагування – для виправлення мутації, яка спричиняє муковісцидоз у стовбурових клітинах людини. Крім того, корейські дослідники з Університету Йонсей успішно використовували первинне редагування для лікування захворювань печінки та очей у дорослих мишей.
- У 2022 році генотерапія CRISPR забезпечило функціональне лікування бета-таласемії та серпоподібноклітинної анемії. CRISPR Therapeutics і Vertex Pharmaceuticals вилікували понад 75 пацієнтів, у результаті чого було створено кілька широко розрекламованих «функціональних ліків». Вони очікують схвалення FDA для Exa-Cel, лікування серпоподібноклітинної та бета-таласемії, на початку 2023 року.
- Також у 2022 році регулятори схвалили кілька знакових клітинних і генних терапій, зокрема Hemgenix для лікування гемофілії В, Zyntelgo для бета-таласемії, Skysona для церебральної адренолейкодистрофії, Yescarta і Breyanzi для неходжкінської лімфоми, Tecartus для мантійно-клітинної лімфоми, а також Carvykti і Abecma для множинної мієломи.
Редагування генів є потенційним підходом до зміни геному людини для лікування генетичних захворювань, вірусних захворювань і раку.
Методи генотерапії
Генотерапія — це вид медичного лікування, який включає введення здорових генів у клітини людини для заміни генів, які не функціонують належним чином. Це можна зробити за допомогою вірусу, такого як модифікований аденоасоційований вірус (AAV), для доставки здорових генів у клітини. Коли здорові гени потрапляють у клітини, вони починають виробляти білки, необхідні для нормального функціонування організму. Це може допомогти лікувати або вилікувати генетичні розлади шляхом виправлення основного генетичного дефекту.
Деякі з найбільш перспективних напрямків дослідження генетичної терапії включають використання редагування генів для лікування таких генетичних захворювань, як серпоподібноклітинна анемія та муковісцидоз, а також використання генної терапії для лікування раку шляхом введення генів, які можуть допомогти імунній системі атакувати організм. ракові клітини. Крім того, дослідники вивчають використання генної терапії для лікування інших захворювань і станів, таких як хвороба Альцгеймера та хвороби серця.
Нові підходи до генної терапії соматичних клітин можна поділити на дві великі категорії: генна терапія ex vivo і in vivo. Розробляються специфічні лікарські препарати на основі нуклеїнових кислот: РНК-ферменти, модифіковані методами генної інженерії олігонуклеотиди, що коректують генні мутації in vivo і т. д.
Існує кілька способів введення нової генетичної інформації в клітини ссавців. Це дозволяє розробляти прямі методи лікування спадкових хвороб — методи генотерапії.
Використовують два основних підходи, що розрізняються природою клітин-мішеней:
- фетальна генотерапія, при якій чужорідну ДНК вводять у зиготу або ембріон на ранній стадії розвитку, при цьому очікується, що введений матеріал потрапить в усі клітини реципієнта (і навіть у статеві клітини, забезпечивши тим самим передачу наступному поколінню);
- соматична генотерапія, при якій генетичний матеріал вводять тільки в соматичні клітини і він не передається статевим клітинам. Часто з цією метою використовують аденовіруси, в які інженерно додають необхідні гени, які потрапляють разом з вірусом до клітини і до клітинного ядра, де вмонтовуються в геном цілі.
Техніки генотерапії
1. Ферменти рестрикції: оригінальні редактори геному.
2. Нуклеази цинкового пальця: підвищений потенціал розпізнавання.
3. Ефекторні нуклеази, подібні до активатора транскрипції: однонуклеотидне розділення.
4. Редагування генів CRISPR-Cas9.
5. Редагування основи: однонуклеотидні заміни.
6. Первинне редагування: редагування без дволанцюгових розривів.
7. Програмоване додавання за допомогою елементів націлювання на сайт (PASTE).
Див. також
- Генетична інженерія
- Клітинна інженерія
- Наномедицина
- Стовбурові клітини
- Персоналізована медицина
- Регенеративна медицина
- Біоінженерія
- Трансгуманізм
Література
- The Essential Guide To Genome Engineering: Techniques & Applications (2022)
- Журнали: Cell: Molecular Therapy, Human Gene Therapy, Current Gene Therapy, The Journal of Gene Medicine, Journal of Molecular Medicine, Trends in Molecular Medicine, Signal Transduction and Targeted Therapy; Nature Reviews Genetics, Nature Genetics, Genome Biology.
- Терапія Генна // ФЕ [Архівовано 3 серпня 2016 у Wayback Machine.]
- Paul Singleton (2012) Dictionary of DNA and Genome Technology, 3rd Edition, ISBN 978-1-118-44757-4
- Thomas Gaj,Charles A. Gersbach,Carlos F. Barbas (2013) ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends in Biotechnology, 31(7), 397—405, doi: 10.1016/j.tibtech.2013.04.004
- Gene Correction. Methods and Protocols. Series: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.), 2014. — ISBN 978-1-62703-760-0
| |||||||||||||
|
