Исследователи Научного центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус» разработали технологию, которая позволяет «собирать» большие терапевтические белки внутри клеток. Это прорыв в области отечественной генной терапии, поскольку многие тяжёлые ретинопатии считались неизлечимыми из-за проблем с доставкой больших генов, которые не вмещались в стандартные вирусные векторы. Работа открывает путь к созданию отечественных препаратов для лечения наследственных заболеваний глаз и других тяжёлых заболеваний (гемофилия А, муковисцидоз, миодистрофия Дюшенна, наследственная глухота). Результаты исследований опубликованы в двух авторитетных научных журналах Frontiers in Bioengineering and Biotechnology и ACS Bio & Med Chem Au.
Наследственные заболевания сетчатки — это целая группа заболеваний, вызванных различными редкими мутациями в геноме организма, которые приводят к тяжёлым нарушениям зрительной функции и прогрессирующей слепоте в детском и подростковом возрасте. Для данной группы наследственных заболеваний в широкой клинической практике отсутствуют эффективные методы как диагностики, так и терапии. В последние несколько лет наблюдается большой интерес и прогресс к применению методов генной терапии в офтальмологии, что подтверждается регистрацией препарата за рубежом (Luxturna, FDA, 2017) и большим количеством публикаций по данной теме за последние пять лет. В рамках госпрограммы «Наука» федеральной территории «Сириус» учёные направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины Университета «Сириус» работают над масштабным проектом по разработке препаратов и технологий для лечения наследственных ретинопатий. Исследователи предполагают точечно вводить в сетчатку глаза препарат со здоровым геном, восстанавливая утраченные в ходе мутации функции. Так можно наиболее эффективно предотвратить и замедлить процесс развития заболеваний. Но одна из главных проблем такого подхода заключается в том, что многие гены, связанные с наследственными заболеваниями сетчатки, слишком крупные и не помещаются в стандартные аденоассоциированные вирусы (AAV) — наиболее безопасные и надёжные векторы для доставки генетического материала. Чтобы решить эту задачу, учёные Сириуса применили механизм белкового сплайсинга — природный процесс, в котором специальные молекулы («интеины») помогают двум половинам белка соединяться в единую функциональную молекулу.
В первой серии экспериментов исследователи протестировали технологию на модельном белке GFP, часто используемом в биотехнологиях из-за удобной для визуализации результата флуоресценции. Белок был разделён на две части, а затем успешно «собран» обратно внутри клеток человека с помощью механизма интеинового транс-сплайсинга. Учёные показали, что методика работает не только в стандартных клеточных линиях эмбриональной почки (НЕК293), но и в клетках эпителия сетчатки (ARPE19). Более того, оптимизация конструкции позволила увеличить эффективность сборки белка до 70%.
На втором этапе команда (совместно с коллегами из лаборатории био и хемоинформатики НИУ ВШЭ) провела молекулярное моделирование и мутагенез интеинов, чтобы повысить скорость и эффективность реакции сборки целевого белка. В результате, удалось создать усовершенствованную систему, которая позволила увеличить количество собираемого белка в полтора раза за счёт увеличения эффективности до 80% и скорости реакции.
Технология уже была использована для создания прототипа препарата для терапии болезни Штаргардта — одной из наиболее распространенных форм наследственной макулярной дегенерации. Разработанный генетический конструкт проверили в клетках человека и на животных моделях: после раздельного введения двух векторов в глаз мыши ген был доставлен в фоторецепторы сетчатки, где далее был собран терапевтический белок, уровень которого был в два раза выше, по сравнению с контролем в здоровых мышах.
«Мы показали, что технология одинаково эффективно работает в клетках человека и мыши, что может быть использовано в заместительной терапии для доставки генов, которые раньше считались слишком большими для доставки классическим методами. Теперь мы сосредоточены на проверке биологической безопасности и терапевтической эффективности полученного прототипа препарата in vivo. Если всё подтвердится, то на этой основе можно будет создавать новые препараты для терапии ретинопатий и сотни других наследственных заболеваний», — рассказывает младший научный сотрудник направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины, выпускник первого набора аспирантуры по специальности «Молекулярная биология» Университета «Сириус» Андрей Бровин.
Стоит отметить, что в рамках данного проекта исследователи Сириуса разрабатывают как подходы генозаместительной терапии (доставка полной копии или укороченной версии гена) с помощью различных природных и синтетических AAV, так и подходы, связанные с применением генетических редакторов, доставляемых с помощью вирусных и невирусных систем (липидные наночастицы, LNP). Это позволит сравнить эффективность и безопасность используемых технологий, выбрать наиболее оптимальное решение и применить его при разработке отечественных препаратов для лечения наиболее сложных и распространённых форм наследственных заболеваний. Разработка подобных препаратов передовой терапии является одним из ключевых национальных приоритетов развития отечественной науки и медицины в области формирования персонализированной медицины и развития высокотехнологичного здравоохранения.
