Коли Кей Джей Малдун був ще немовлям, лікарі зробили те, що раніше здавалося майже неможливим: розробили та застосували генетичне лікування, створене спеціально для нього. Хлопчик народився з рідкісною мутацією, через яку його організм не виводив аміак — токсичну сполуку, що утворюється при розщепленні білка. У здорової людини печінка швидко знешкоджує аміак, перетворюючи його на безпечну речовину. Але при порушенні цього процесу токсин накопичується та ушкоджує мозок. Хвороба протікає стрімко: половина немовлят з таким діагнозом гине, а ті, хто виживає, часто отримують тяжкі неврологічні наслідки й надалі потребують пересадки печінки.
У Кей Джея причиною хвороби стала помилка у гені CPS1, який бере участь у циклі перероблення аміаку. Одна змінена «літера» у ДНК призводить до того, що печінка неспроможна синтезувати потрібний фермент. У крові швидко накопичується токсичний аміак, з’являються блювання, млявість, сплутаність свідомості та ознаки ураження нервової системи. Такий стан відомий як порушення циклу сечовини. Для нього існують препарати, що підтримують стан, але вони лише тимчасово знижують рівень аміаку. Щоб не допустити погіршення, дітям доводиться жити на строгій низькобілковій дієті. До того ж будь-яка інфекція у дитини здатна різко погіршити картину.
До лікування хлопчика тримали в окремій палаті: звичайний вірус міг спричинити незворотні наслідки. Батьки майже змирилися з тим, що дитина залишиться в лікарні на невизначений термін — стан був таким важким, що лікарі обговорювали перехід до паліативної допомоги.
Перелом настав, коли фахівці, вивчивши його геном, виявили конкретну мутацію. Вона ідеально підходила для методу, що дозволяє виправляти окремі нуклеотиди – так званого базового редагування. Це одна з версій CRISPR-технології: замість розрізати ДНК, як це робить класична система, базовий редактор змінює одну букву в генетичному коді на іншу. Може здаватися, що така корекція несуттєва. Але навіть одинична зміна здатна повністю змінити структуру майбутнього білка, а разом із ним роботу клітин. У випадку Кей Джея, виправлення цієї помилки повернуло системі знешкодження аміаку можливість працювати.
Сам процес підготовки терапії зайняв лише 6 місяців — терміни, абсолютно несумісні зі звичайною розробкою генетичних втручань. Зазвичай, нові редактори проходять довгий шлях: лабораторні етапи, випробування на тваринах, численні перевірки безпеки. Тут же науковці мали конкретну мету: створити інструмент, який виправить одну унікальну мутацію.
Базове редагування вже використовується у клінічних дослідженнях. Наприклад, його застосовують для пацієнтів зі спадково підвищеним холестерином, де редагування відбувається у клітинах печінки. В інших проєктах вчені коригують генетичний дефект у стовбурових клітинах крові, щоб лікувати серповидноклітинну анемію. У цих випадках мета у всіх пацієнтів та сама. У Кей Джея, навпаки, мутація була унікальною, тому готовий інструмент використовувати не можна було: редактор потрібно було розробляти спеціально.
Команда, що об’єднала лікарів, академічних науковців та фахівців з кількох біотехнологічних компаній, створила терапію у стислий термін. Для роботи базовому редактору потрібні дві складові. Першу роль виконує напрямна РНК: вона знаходить необхідну ділянку ДНК завдяки комплементарній послідовності та підводить редактор до місця мутації. Другу роль грає білок, який хімічно змінює конкретний нуклеотид, замінюючи помилкову літеру на правильну. Інструкції для синтезу цих компонентів упакували в ліпідні наночастинки — мініатюрні бульбашки жиру, які після інфузії природно концентруються в печінці. Там клітини зчитують «рецепт», виробляють необхідні молекули, і редактор починає роботу.
Хлопчику зробили 3 введення. Вже за кілька тижнів аналізи стали покращуватися: він зміг переносити більше білка, а рівень аміаку стабілізувався. Його розвиток прискорився і приблизно до 10 місяців малюка виписали додому. Він вперше зміг покинути палату і почати освоювати звичайне життя, включаючи свої перші кроки.
Історія Кей Джея показала, що індивідуальне генетичне лікування може працювати. Але вона продемонструвала, наскільки важливо зменшити проміжок між діагнозом і втручанням. У США на рідкісні спадкові хвороби страждають понад 30 мільйонів людей, і десятки тисяч діагнозів настільки унікальні, що фармкомпанії просто не можуть вкладатися в розробку для кожного окремого варіанту мутації. У результаті сім’ї залишаються у ситуації, коли причина хвороби давно відома, а кошти на її усунення немає.
Лікарі хлопчика пропонують зробити наступний крок — провести клінічне дослідження, в якому візьмуть участь щонайменше 5 дітей із порушеннями циклу сечовини, спричиненими різними генами. У всіх учасників буде свій варіант мутації, тому для кожного буде потрібна своя напрямна РНК. Але базовий принцип терапії залишиться загальним: та сама система редагування і той самий спосіб доставлення. Дітей спостерігатимуть близько 15 років, щоб оцінити як короткострокові покращення, так і довгострокові наслідки.
Регуляторні вимоги тривалий час ускладнювали подібні проєкти: кожна терапія вважалася окремим препаратом, її потрібно було тестувати з нуля. Після кількох місяців обговорень FDA погодилося на інший підхід. Тепер одне дослідження охоплюватиме відразу всі варіанти терапії, якщо вони побудовані на основі однієї платформи редагування.
На хвилі успіху з’явилися нові ініціативи. Влітку в Берклі розпочав роботу центр, який розвиватиме технології генетичних втручань для дітей із рідкісними захворюваннями. Паралельно американське агентство ARPA-H запустило дві програми, спрямовані на те, щоб зробити персоналізовані генетичні методи доступнішими.
Перша програма THRIVE зосереджена на прискореній розробці інструментів редагування, які можна адаптувати під конкретні мутації. Друга, GIVE, ставить завдання налагодити виробництво таких препаратів не лише у великих центрах, а й на базі звичайних клінік — це знизить вартість лікування та спростить логістику. Мета цих ініціатив — створити систему, в якій генетичне лікування можна буде готувати на індивідуальне замовлення протягом кількох днів після встановлення діагнозу.
Для того, щоб така модель стала звичайною практикою, потрібна підтримка дослідницьких центрів, фондів та регуляторів. Але історія Кей Джея показує, що ця система вже починає складатися, отже, у багатьох сімей з’являється шанс на лікування, яке ще кілька років тому здавалося недосяжним.
Більше цікавого:
- 5 спроб зрозуміти, як працює біотехнологія CRISPR
- Від органів на запит до аналізу стародавньої ДНК: 10 передових технологій 2023 року від MIT
- Як ДНК і штучний інтелект можуть відтворити обличчя вбивці
Джерело: The New England Journal of Medicine