Исследователи из Гарвардского института стволовых клеток (HSCI) из Массачусетской больницы (MGH) и Бостонской детской больницы (BCH) впервые использовали относительно новую технику редактирования генов, чтобы создать то, что может оказаться эффективным методом блокирования проникновения ВИЧ и разрушая иммунную систему пациентов.
Это первый опубликованный отчет группы, использующей технологию CRISPR Cas для эффективного и точного редактирования клинически значимых генов из клеток, собранных непосредственно у людей, в данном случае стволовых клеток крови человека и Т-клеток.
Хотя исследователи, которые считают, что этот новый подход к терапии ВИЧ может быть готов к испытаниям на безопасность людей менее чем через пять лет, они сами высказали три серьезных предостережения:
Первое и наиболее очевидное – они могут столкнуться с неожиданными осложнениями; во-вторых, в истории эпидемии ВИЧ / СПИДа много "лечит" это оказалось не так; и, наконец, даже если этот новый подход работает идеально, он потребует дополнительных разработок, которые будут применимы в тех регионах мира, которые больше всего пострадали от эпидемии.
Работа под руководством Чада Коуэна и Деррика Росси, доцентов Гарвардского отделения стволовых клеток и регенеративной биологии, представлена на обложке сегодняшнего номера журнала Cell Stem Cell.
ВИЧ специфически нацелен на Т-клетки, основную часть иммунной системы крови, и проникает через генный рецептор, называемый CCR5, который служит дверным проемом в клетки. Попав внутрь Т-клеток, ВИЧ реплицируется и убивает клетки-хозяева, оставляя пациентов во власти различных оппортунистических инфекций.
Используя технологию редактирования генов CRISPR Cas, команды Коуэна и Росси выделили рецептор CCR5 из стволовых клеток крови, которые, как они показали, могут дать начало дифференцированным клеткам крови, не имеющим CCR5. Теоретически такие генно-отредактированные стволовые клетки могут быть введены пациентам с ВИЧ с помощью трансплантации костного мозга, процедуры, используемой для трансплантации стволовых клеток крови пациентам с лейкемией, чтобы вызвать иммунную систему, устойчивую к ВИЧ.
"Мы показали, что вы можете очень эффективно нейтрализовать CCR5, мы показали, что клетки все еще функционируют, и мы провели очень, очень глубокий анализ секвенирования, чтобы показать, что не было никаких нежелательных мутаций, так что это кажется безопасным," Коуэн сказал, добавив, что "очевидно, что нужно сделать гораздо больше.
"Следующий шаг – испытания на животных в сотрудничестве с Институтом Рэгона при Массачусетсе," Коуэн сказал. "Есть отличные модели мышей, которым можно дать иммунную систему человека, а затем заразить ВИЧ. Мы можем отдать наши клетки мышам и посмотреть, защищены ли они от ВИЧ." После того, как эти исследования будут завершены, и если они будут успешными и не возникнут осложнения, следующим шагом будет подача заявления в U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов начинает фазу I испытаний на людях, которые предназначены исключительно для проверки безопасности новых методов лечения. Коуэн сказал, что еще слишком рано предсказывать, как скоро могут начаться такие испытания.
Дэвид Скэдден, гематолог / онколог, который одновременно является со-директором HSCI и директором Центра регенеративной медицины MGH, назвал новую работу "потрясающий первый шаг в устранении того, что делает человеческие клетки уязвимыми для ВИЧ. Это делает возможной идею о том, что собственные иммунные клетки человека могут атаковать ВИЧ, не будучи к нему восприимчивыми. Поскольку это было сделано на стволовых клетках, вся иммунная система может надолго воздействовать на вирус. Это мощная концепция.
"Это то, к чему мы обязательно должны стремиться на протяжении всего пути до клиники," сказал Скадден, который также является сопредседателем SCRB. Он отметил, что "Необходимы соответствующие исследования для повышения безопасности и простоты трансплантации стволовых клеток, чтобы довести эту работу до широкой группы пациентов, но щедрый подарок филантропа MGH объединил команды редактирования генов и трансплантации стволовых клеток для выполнения именно этого."
Что делает эту работу особенно многообещающей, так это то, что она может создать для большого числа пациентов способ сделать то, что было сделано для Тимоти Рэя Брауна, врача "Берлинский пациент." Врачи в Берлине передали Брауну, который страдал и от ВИЧ-СПИДа, и от лейкемии, трансплантат костного мозга, полученный от человека с редким генетическим дефектом, который лишил человека рецептора CCR5. Сообщается, что в течение шести лет, прошедших с момента трансплантации, Браун был свободен от ВИЧ и считается единственным пациентом в истории "вылечил" ВИЧ-СПИД. В случае успеха генная терапия, предложенная Коуэном и Росси, может дать то же самое.
Коуэн сказал, что эксперимент был типичным для работы, выполняемой в ИСКЧ. Группа биологов по стволовым клеткам только что "начал играть с системой CRISPR, и я разговаривал с Дерриком, экспертом по стволовым клеткам крови, и мы решили, что должны попробовать это." Итак, Коуэн и его группа занимались редактированием генов в Т-клетках, а группа Росси сосредоточилась на кроветворных стволовых клетках.
"CRISPR широко используется в течение почти двух лет, и отчет за отчетом отмечают высокую эффективность в клеточной линии A или клеточной линии B. Никто еще не сообщил об эффективности или полезности CRISPR в первичных стволовых клетках крови," сказал Росси, чья лаборатория участвует в программе Бостонской детской больницы по клеточной и молекулярной медицине. "Но большинство исследователей согласятся, что кровь будет первой тканью, на которую нацелена терапия на основе редактирования генов. Вы можете взять у пациента кроветворные стволовые клетки, отредактировать их и пересадить обратно."
В их "Стволовая клетка" В статье Росси и Коуэн показали, что они могут редактировать β2M из Т-клеток и CCR5 из гематопоэтических стволовых / предшественников (HSPC) эффективно, предсказуемо и точно. Они также показали, что отредактированные HSPC могут продолжать производить нормальный набор крови и иммунных клеток.
Пара также обратила внимание на то, насколько точен CRISPR.
"Было несколько статей, предполагающих, что CRISPR имеет высокую нецелевую активность," Росси объяснил. "Мы решили проверить его точность на первичных кроветворных стволовых клетках в шести различных экспериментальных условиях."
Команда глубоко секвенировала (в среднем 3400 проходов секвенирования по сравнению с 50, обычно используемыми для секвенирования всего генома) сайтов в геноме, которые могли бы сбить с толку CRISPR при попытке отредактировать CCR5 из HSPC. Они обнаружили, что риск системы сделать неправильные сокращения практически нулевой. В то же время предполагаемая нацеленность CCR5 была чрезвычайно высокой. "Эти результаты предоставляют доклинические доказательства того, что версия 1.0 из CRISPR, при разумном использовании в кроветворных стволовых клетках, вскоре может быть готов для пациентов," Росси сказал.