Пожизненная терапия — в прошлом
В Сеченовском университете создали первые в мире системы доставки CRISPR для борьбы с гепатитом B
Хронический гепатит B остается одной из самых устойчивых вирусных инфекций: современные препараты лишь подавляют вирус, но не удаляют его из клеток. Ученые Сеченовского университета впервые в мире предложили комплексное решение этой фундаментальной проблемы — от точной доставки CRISPR-комплексов до технологии биокамуфляжа, позволяющей безопасно редозировать терапию.
Фото: Александр Коряков, Коммерсантъ
Фото: Александр Коряков, Коммерсантъ
Почему вирус так трудно победить и как созданная в университете система впервые делает его полное удаление достижимой задачей, «Ъ-Науке» рассказал руководитель лаборатории генетических технологий в создании лекарственных средств Сеченовского университета Дмитрий Костюшев.
— Дмитрий Сергеевич, если говорить о хроническом гепатите B, почему сегодня пациенты вынуждены принимать терапию всю жизнь? Что мешает полностью избавиться от вируса?
— Современные противовирусные препараты действительно позволяют замедлять прогрессию заболевания, снижать вирусную нагрузку, снижать риск развития гепатоцеллюлярной карциномы и цирроза печени. Они достаточно эффективны и безопасны, их применение пациентам совершенно необходимо. Но избавиться от вируса и добиться полного выздоровления имеющимися препаратами сегодня нельзя. У вируса гепатита B за тысячелетия совместной эволюции с человеком сформировалось множество механизмов, которые обеспечивают его стабильное выживание в организме пациента и избегание иммунной системы. Поэтому, когда инфекция становится хронической, вирус остается в клетках и продолжает реплицироваться — и полностью удалить его современными лекарствами невозможно.
— То есть существующие препараты лишь подавляют вирус, но не воздействуют на его геном?
— Да. Они блокируют размножение вируса, но не устраняют вирусный генетический резервуар в клетках печени пациента. Это означает, что, как только пациент прекращает прием лекарств, вирусная ДНК снова начинает работать, и вирус восстанавливает концентрацию в организме. Поэтому препараты приходится принимать пожизненно.
— И вы подошли к задаче иначе — не подавить вирус, а удалить его из клеток. Как это стало возможным?
— Все началось еще в 2014 году, когда появились инструменты CRISPR/Cas9, позволяющие прицельно действовать на определенные участки генома. Казалось, что адаптировать систему под клиническую задачу будет несложно, но одна за другой вскрывались проблемы: недостаточная специфичность, внецелевое действие, ограничения, связанные с тем, что мы имеем дело не с генетической мутацией, а с вирусом, который постоянно реплицируется в клетке. К тому же стало ясно, что необходима не только точная система редактирования, но и способ, который позволит доставить эту систему именно в инфицированные клетки. Поэтому работу пришлось разворачивать сразу в двух направлениях — улучшение самих комплексов и создание принципиально новой системы доставки.
— И за это время больше никто не попробовал использовать CRISPR/Cas9 для лечения гепатита B?
— На самом деле попытки предпринимались неоднократно, первые публикации по этой теме вышли раньше наших исследований — когда я только закончил университет. Сейчас есть интересные и вполне перспективные проекты. Но у всех научных групп возникали проблемы на одном и том же этапе, при переходе от клеточных моделей к животным. Тогда и выявлялись ограничения: недостаточная безопасность, нестабильная доставка CRISPR/Cas9-комплексов в клетки, недостаточная эффективность в реальных тканях.
Мы же, в частности, выяснили, что требуется дополнительное подавление вируса уже существующими лекарствами. Если сначала уменьшить скорость его размножения, CRISPR-комплексы получают “временное окно”, в которое успевают удалить вирусную ДНК, прежде чем вирус восполнит ее копии.
— И это было ключевым барьером, мешавшим созданию препарата?
— Не совсем. Главной проблемой была доставка CRISPR/Cas9-комплексов в инфицированные клетки. Во-первых, CRISPR/Cas9 — это относительно крупная структура, что уже само по себе накладывает ограничения на выбор системы доставки. Во-вторых, такая система должна быть короткоживущей, не оставаться в организме. И, в-третьих, неимунногенной. В качестве систем доставки распространены вирусные векторы, однако иммунитет "запоминает" их и, если понадобится ввести препарат повторно, иммунная система "узнает" вирус и уничтожит его. Это сильно ограничивает возможности применения.
Поэтому мы разработали новую невирусную систему доставки на основе биодеградируемых наночастиц. Мы впервые научились упаковывать CRISPR/Cas-комплексы с эффективностью порядка 80%. В одну наночастицу помещается 200–250 копий противовирусных комплексов — этого достаточно, чтобы удалить все копии вирусного генома в инфицированной клетке. Мы модифицируем поверхность наночастиц, чтобы комплексы доставлялись именно в те клетки, которые восприимчивы к вирусу, и наши исследования показывают, что наночастицы действительно проникают в 90–95% инфицированных клеток. При этом препарат очень короткоживущий: через 20–24 часа в печени от него не остается никаких следов.
— Наночастица фактически скрывается от иммунной системы?
— Да, такой подход называется биокамуфлированием. Системы доставки не содержат никаких чужеродных вирусных или бактериальных компонентов, поэтому иммунитет не воспринимает их как угрозу. Для генетической терапии это огромное преимущество, потому что разового вмешательства может быть недостаточно.
— Получается, на разработку препарата ушло около десяти лет. Это заняло столько времени, потому что многое пришлось делать с нуля?
— На самом деле десять лет — это очень быстро для технологии такого уровня. Когда мы начинали, CRISPR еще не рассматривали как средство против хронических вирусных инфекций. Не существовало ни подходящих методов доставки, ни адекватных моделей, ни понимания, можно ли заставить фермент работать настолько точечно. Поэтому стартовали фактически с нуля.
Приходилось параллельно развивать несколько направлений: оптимизировать саму систему, добиваться стабильности, подбирать безопасный способ доставки, проводить проверку на клеточных и животных моделях. У каждого этапа — свои циклы и свои подводные камни, и пройти их иначе было невозможно. Поэтому да, путь занял годы — но по меркам разработки принципиально новой терапии это очень хороший, быстрый темп.
Сейчас фундаментальная часть работы уже завершена, мы видим эффективность и безопасность технологии, и дальнейшие этапы уже не занимают столько времени, как ранние исследования. Есть шанс, что уже в ближайшие годы первые пациенты смогут получить препарат. Это важно, потому что интерес огромный: нам регулярно пишут люди из разных стран, спрашивают о перспективах лечения. И наша команда, конечно, рассчитывает оправдать их ожидания.
— Можно ли применить созданные вашей командой системы доставки и для других заболеваний?
— Да, CRISPR/Cas-комплексы можно перенастраивать на разные задачи: редактировать гены, эпигеном, изменять последовательность нуклеотидов ДНК или РНК. А наши системы доставки универсальны: любой «груз» — противоопухолевые молекулы, системы генетического редактирования — можно доставить в целевой орган. Это может быть исправление мутаций, уничтожение опухоли, подавление инфекций — спектр огромный. Все зависит от конкретной задачи.
Подготовлено при поддержке Сеченовского университета