Локальная терапия CRISPR для лечения заболеваний кожи

Лазер, липидные пузырьки и молекулярные ножницы: новый способ редактирования кожи

Сегодня исследователи из University of British Columbia опубликовали статью в журнале Cell Stem Cell, описывающую то, что они называют первым методом редактирования генов, который можно применять непосредственно к коже человека. Команда, работающая совместно с коллегами из Berlin Institute of Health в Charité и ванкуверским спин-оффом NanoVation Therapeutics, объединила клинически одобренный фракционный лазер с липидными наночастицами, несущими редактор на основе CRISPR, чтобы создать микроскопические точки доступа в коже и доставить редактор в стволовые клетки кожи под ее поверхностью. На живых моделях человеческой кожи это лечение исправило наиболее распространенную мутацию, вызывающую аутосомно-рецессивный врожденный ихтиоз (АРВИ), и восстановило измеримые функции кожи.

Как работает местная доставка

Одним из основных технических барьеров для генетической терапии кожи является основная задача этого органа: не пропускать ничего внутрь. Группа из UBC обошла это препятствие с помощью двух проверенных технологий, организованных в новую комбинацию. Фракционный лазер создает крошечные контролируемые микроканалы в самых наружных слоях эпидермиса — кратковременные безболезненные отверстия, которые клиницисты уже используют для доставки лекарств и дерматологических процедур. В эти микроканалы исследователи вводили липидные наночастицы (ЛНЧ) — микроскопические жировые оболочки, ставшие стандартным средством транспортировки нуклеиновых кислот в клетки после их роли в мРНК-вакцинах.

Внутри ЛНЧ находился редактор на основе CRISPR, предназначенный для исправления единственной мутации ДНК, которая нарушает работу фермента, необходимого для нормального формирования кожи при АРВИ. Наночастицы проникали в базальные стволовые клетки эпидермиса; редактор исправлял мутантный ген в этих клетках, и из исправленных стволовых клеток в лабораторных моделях развивалась более здоровая кожа. Команда сообщает о восстановлении до 30% нормальной функции кожи в своих анализах — уровень, который, по мнению других групп, может быть клинически значимым для облегчения симптомов и снижения риска инфекций.

Место метода среди других видов генной терапии кожи

Подход UBC представляет собой стратегию прямого in vivo редактирования: редактирование клеток непосредственно там, где они находятся, без трансплантации или манипуляций ex vivo. Это контрастирует с кожными трансплантатами с исправленными генами, которые разрабатывались на протяжении двух десятилетий в Stanford Medicine и о которых сообщалось в ходе фазы 3 клинических испытаний в прошлом году. В этом подходе врачи берут небольшую биопсию кожи пациента, исправляют дефект в лаборатории (используя вирусный вектор), выращивают пласты исправленной кожи и затем пересаживают их обратно. Программа трансплантации, направленная на лечение дистрофического буллезного эпидермолиза (ДБЭ), продемонстрировала впечатляющее заживление ран у пациентов и привела к регуляторному одобрению препаратов для трансплантации и сопутствующих средств местной генной терапии в последние годы.

Обе стратегии воздействуют на первопричину — дефектный ген, но различаются в логистике. Трансплантаты ex vivo персонализированы и сложны в производстве (по сути, это живые продукты, выращиваемые на заказ), в то время как местная терапия in vivo может, в принципе, проводиться в клинике за один визит или короткую серию процедур и масштабироваться аналогично обычному лекарству, если вопросы безопасности и производства будут решены.

Сигналы безопасности и нерешенные вопросы

В статье UBC подчеркиваются два аспекта безопасности: локализация и отсутствие обнаруживаемых внецелевых правок в их экспериментальных системах. Поскольку лазер направляет ЛНЧ через барьер только в местах обработки, терапия в моделях остается локализованной в коже, что снижает риск системного воздействия. Команда также сообщает, что в ходе проведенных экспериментов они не обнаружили доказательств вредных внецелевых изменений ДНК.

Это важные ранние индикаторы, но они не равносильны демонстрации безопасности на людях. Остаются ключевые неизвестные факторы: насколько долговечными будут исправленные стволовые клетки в организме пациентов в долгосрочной перспективе, как иммунная система отреагирует на повторное воздействие компонентов редактирования и ЛНЧ, и могут ли возникать редкие внецелевые правки с частотой или в геномных локациях, имеющих клинические последствия. Команда UBC заявила, что работает с регуляторами над определением исследований, необходимых для первых испытаний на людях.

Почему кожа является многообещающим полигоном для генетической медицины

Кожа предлагает несколько преимуществ для экспериментов по редактированию генов. Она доступна для локальной доставки, ее легко визуализировать и брать биопсию для мониторинга эффекта и безопасности, а стволовые клетки кожи относительно хорошо изучены. Орган также обладает регенеративными свойствами: если популяция стволовых клеток исправлена, их потомство со временем заменяет дефектную ткань, потенциально обеспечивая стойкий эффект после короткого курса лечения. Эта логика уже легла в основу других подходов к лечению кожи: геля для генной терапии Stanford для небольших ран при ДБЭ и трансплантатов с исправленными генами для более крупных поражений.

Исследователи из UBC и другие специалисты рассматривают подход «местные ЛНЧ + лазер» как платформу: тот же метод доставки может быть сопряжен с различными редакторами (варианты CRISPR/Cas, редакторы оснований или праймированные редакторы) и различными направляющими последовательностями для борьбы с множеством наследственных заболеваний кожи — от буллезных расстройств до ихтиозов — и потенциально для изменения локальных молекулярных факторов при воспалительных заболеваниях, таких как экзема и псориаз.

Контекст достижений в области системного редактирования генов

Работа UBC появилась в период стремительных инноваций в области редактирования генов в целом. Группы ученых использовали доставку редакторов оснований с помощью ЛНЧ в печень в исключительных случаях быстрой разработки терапии для младенцев с опасными для жизни нарушениями цикла мочевины, а праймированное редактирование было опробовано ex vivo для исправления заболеваний крови и иммунной системы. Эти примеры подчеркивают две тенденции, затрагивающие исследование UBC: во-первых, ЛНЧ становятся клиническим средством доставки не только для вакцин; во-вторых, новые типы редакторов (редакторы оснований и праймированные редакторы) могут вносить точные изменения в одну «букву» кода, не разрезая обе нити ДНК, что может снизить некоторые риски безопасности.

Однако клинический путь для редакторов генов in vivo сложен. Персонализированное лечение с быстрым циклом разработки — так называемые «героические» усилия для одного пациента — доказывает осуществимость, но требует огромной координации, гибкости регуляторов и индивидуального производства. Для кожных заболеваний подход UBC может быть менее индивидуализированным: модульный продукт из редактора и ЛНЧ может быть легче адаптирован для разных пациентов, если безопасность и производство будут стандартизированы.

Следующие шаги и путь к пациентам

Команда UBC перешла от живых моделей человеческой кожи к регуляторным исследованиям и исследованиям безопасности, необходимым для испытаний на людях. Они будут включать расширенную токсикологию на животных, исследования биораспределения для подтверждения локализации и валидацию производства с использованием ЛНЧ клинического класса. Группа сотрудничает с NanoVation Therapeutics для разработки рецептуры ЛНЧ и заявила, что ведет переговоры с регуляторами о проведении первых исследований на людях.

Если местная терапия редактирования окажется безопасной для людей, практические преимущества будут очевидны: проведение процедур в клинике, возможность однократного или редкого введения и потенциал лечения локализованного заболевания без системного воздействия. Тем не менее, клиницисты и специалисты по этике предостерегают, что долгосрочное наблюдение будет иметь решающее значение; измененные стволовые клетки сохраняются, и пациентам — особенно детям — потребуются годы мониторинга на предмет отсроченных эффектов, включая непреднамеренные генетические изменения, иммунные реакции или канцерогенный риск.

Что это значит для пациентов и науки

Для пациентов с тяжелыми наследственными заболеваниями кожи перспективы осязаемы: меньше хронических ран, меньше боли и ниже риск инфекций. Для распространенных воспалительных состояний последствия носят более умозрительный, но интригующий характер: может ли локальное, долговечное редактирование молекулярных путей снизить зависимость от пожизненного применения местных стероидов или системных иммунодепрессантов?

Местный CRISPR от UBC — это не готовая терапия, а шаг в нарастающей волне достижений в области редактирования генов, которая включает трансплантаты ex vivo, гели для местной генной терапии и системные программы редактирования оснований и праймированного редактирования. В совокупности эти подходы меняют представления о возможностях лечения кожных заболеваний. Работа также четко обозначает компромиссы, стоящие перед областью: баланс между более быстрыми, удобными для клиник стратегиями in vivo и строгими требованиями безопасности, которые возникают при изменении генома пациента, даже на отдельном участке кожи.

На данный момент лабораторные данные ставят четкую следующую задачу: перенести местную платформу в тщательно контролируемые клинические испытания на людях с надежным мониторингом и прозрачностью в отношении рисков и результатов. Если этот путь увенчается успехом, у врачей вскоре могут появиться как живые трансплантаты, так и доставляемые в клиниках редакторы в качестве инструментов для восстановления кожи на молекулярном уровне.

Источники

• Cell Stem Cell (научная статья об исследовании местного CRISPR в UBC)
• University of British Columbia (анонс исследования UBC)
• Berlin Institute of Health at Charité (партнерское учреждение)
• NanoVation Therapeutics (партнерский спин-офф UBC)
• The Lancet (клиническое испытание фазы 3 по кожным трансплантатам с исправленными генами)
• Stanford Medicine (отчеты и пресс-материалы по трансплантатам для ДБЭ и местному гелю)
• New England Journal of Medicine (статья в NEJM о быстрой терапии редактирования оснований)
• Children’s Hospital of Philadelphia и University of Pennsylvania (клинические группы по случаю редактирования оснований)
• Broad Institute (разработка платформ редактирования оснований и праймированного редактирования)