мРНК как альтернатива традиционной генной инженерии
Начну с политики: если вы отрицатель ГМО, вакцин и НТП - вам сюда не надо. А если станете читать, то пожалуйста воздержитесь от комментирования. Ибо я не стану полемизировать, а просто буду стирать (и банить за упорство). Этот пост для тех, кого интересует развитие современных методов лечения путем изменения генетического материала.
Традиционная генная инженерия - это перманентное изменение генома определенных клеток в организме, и оно достигается за счет доставки чужеродной ДНК внутрь клетки и встраивания ее в геном. Например, есть генетическая болезнь бета-талассемия. Она развивается при мутациях гена, кодирующего белок бета-глобин, который в свою очередь является главным компонентом гемоглобина. А как все знают, гемоглобин переносит кислород, за счет чего мы дышим и живем. Недостаток глобина вызывает понижение функции красных кровяных клеток-эритроцитов, развивается анемия, а потом и поражение органов (в том числе и фатальное). Лечение требуется пожизненное: постоянные переливания крови с нормальными эритроцитами.
Либо надо с помощью генной терапии создать у пациента клетки с нормальным геном глобина. Генетически трансформировать эритроциты невозможно - ибо ДНК в них уже нет, при созревании клеточное ядро с ДНК специально выбрасывается, а весь биосинтез белка идет с накопленной матричной РНК. Зато можно трансформировать клетки-предшественники, стволовые в костном мозге, из которых развиваются эритроциты. Эти клетки достают из пациента, размножают в культуре и трансформируют для встраивания нормального гена глобина. Для чего используется так называемый лентивирусный вектор: специально заинженереный вирус ВИЧ, который размножаться не может, зато может встраивать ДНК в геном клетки-хозяина. А потом клетки с модифицированным геном глобина запускают обратно в пациента, где они живут, размножаются, и образуют нормальные эритроциты. Тем самым необходимость в переливаниях крови отпадает.
Лечение под названием Zynteglo (Bluebird Bio) было утверждено в 2022-м году, после того, как у 80% пациентов однократное применение привело к излечению анемии до полного отказа от переливаний крови в течение года и больше. Встречается талассемия довольно часто, 1 случай на 100 тысяч человек. Поэтому ФДА утвердило лечение и для взрослых, и для детей. Побочные последствия тоже есть, возможны аллергические реакции и масса прочих нехороших вещей, связанных с вливанием в кровь большого количества живых клеток. Но побочки уходят, а эффект остается. На данном этапе курс лечения стоит около 2.5 миллионов долларов. И он оплачивается страховыми компаниями, им дешевле один раз заплатить за лечение, чем каждую неделю платить за переливания крови в течение всей жизни пациента. Уменьшить стоимость пока трудно - куча денег уходит на доставание, выращивание и трансформацию стволовых клеток. Все эти процедуры требуют высокой квалификации, стерильных условий, сложных инкубаторов и кучи очень дорогих ростовых факторов и прочих химикатов. Плюс контроль качества на каждой процедуре. Дочь моя занимается как раз контролем качества и прочими надзорно-регуляторными вещамим и по ее словам, цена лечения близка к себестоимости. Госпиталь, где она работает, сейчас как раз запускает программу генно-инженерного лечения талассемии для детей и подростков, с верхней границей в 26 лет.
Есть и еще одно возможное последствие, которое никому не нравится. Генная инженерия со встраиванием ДНК в геном хозяина может запустить онкогенез. Обычно это происходит, когда новый ген случайно оказывается вставлен так, что он нарушат работу другого гена. Например, выводит из строя анти-онкоген, регулятор клеточного деления, и клетки начинают бурно размножаться, превращаясь в раковый клон. Вo время клинических испытаний это не наблюдалось, но такая возможность, хоть и редка, но встречается в других видах генной терапии. Так что необходим постоянный мониторинг подобных побочек (что, кстати, можно делать с использованием технологий компании, где работаю я).
А нынче появился новый способ сразу достичь нескольких целей: упростить и удешевить генную терапию и исключить возможность ракового перерождения заинженеренных клеток. И все это можно делать с помощью замены ДНК на матричную РНК. Собственно настоящий прорыв случился благодаря Ковиду, и конкретно - мРНКовым вакцинам. Как известно, мРНК считывается с ДНК и служит в качестве матрицы для синтеза белка. По наследству через половые клетки РНК не передается. Сама по себе РНК в клетке живет недолго, часы, но время жизни можно увеличить за счет химических модификаций и связывания с белками.
Наварить большое количество мРНК несложно, можно довольно быстро получать ее килограммами без особых затрат. Самое сложное было сделать технологию доставки мРНК в клетки пациента. Тонкие моменты были связаны с разработка липидных покрытий для инкапсуляции. Так, чтобы эти покрытия защищали РНК от разрушения, но при этом не вызывали иммунную реакцию и воспаление. Все это было разработано еще до Ковида, и даже испытано на ограниченном количестве добровольцев в рамках тестирования вакцин. Но инвестиций и денег не было, и технология лежала на полке. Зато когда пришел Ковид, денег дали сразу неогранченно много, из кармана налогоплательщиков. И поэтому удалось сразу запустить клинические испытания, которые уже через 4-6 месяцев показали безопасность и зашкаливающую эффективность (97% для начальных штаммов Ковида) мРНКовых вакцин. Денег у производителей, а именно Файзера-Байонтек и Модерны оказалось много, и они их запустили на расширение использования мРНК. А именно вакцины от рака и замену генной терапии на мРНКовую.
Классическая генная терапия - это перманентно вставить чужую ДНК в клетки, пока клетки живы и размножаются, они генно-модифицированы. А мРНК-овая терапия - временная, это доставка мРНК в клетки, клеточная ДНК при этом не меняется, а доставленная РНК идет в виде матриц для биосинтеза белка. Пока чужеродная РНК есть - клетка строит нормальный белок. Как только РНК не стало, эффект прошел. При этом нет генетических предпосылок для развития рака. А мРНК можно доставлять в клетки, не доставая их из организма, напрямую через кровь. Вакцины с мРНК кололи в мышцу, тут мРНК надо будет вливать внутривенно. Но это все равно гораздо проще, дешевле и безопаснее для той же бета-талассемии, чем еженедельные переливания крови. И никаких необратимых процессов: как только вливания мРНК прекращаются, через пару недель ее в организме не остается. Вот тут есть некий обзор на эту тему. https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2023/july/rna-based-gene-editing-model-for-blood-disorders
В общем история на тему "не было бы счастья", не было бы Ковида, технология еще долго лежала бы на полке. А сейчас идет взрывной рост применения инкапсулированной мРНК, и предварительные данные обнадеживают. А безопасность в первом приближении проверена на вакцинах.
А если у кого-то из живущих в Америке дети хотят работать в биотехе, но не знают, чем лучше заняться - то вот простой совет: регуляторные и наздирательные функции по организации клинических испытаний, контролю качества процедур и документальному обслуживанию экспериментальной медицины (Quality Assurance). Специальное образование можно получить за полтора-два года (сверх обычных 4 лет университета) за сравнительно небольшие деньги (типа 5 штук за сертификат), правда, пахать придется много. А потом первые года три - школа молодого бойца, когда найти работу непросто, а получаешь немного. Зато ежели через эти тернии прорваться, то профессия крайне востребована и хорошо оплачивается. И специалистов реально не хватает.
Традиционная генная инженерия - это перманентное изменение генома определенных клеток в организме, и оно достигается за счет доставки чужеродной ДНК внутрь клетки и встраивания ее в геном. Например, есть генетическая болезнь бета-талассемия. Она развивается при мутациях гена, кодирующего белок бета-глобин, который в свою очередь является главным компонентом гемоглобина. А как все знают, гемоглобин переносит кислород, за счет чего мы дышим и живем. Недостаток глобина вызывает понижение функции красных кровяных клеток-эритроцитов, развивается анемия, а потом и поражение органов (в том числе и фатальное). Лечение требуется пожизненное: постоянные переливания крови с нормальными эритроцитами.
Либо надо с помощью генной терапии создать у пациента клетки с нормальным геном глобина. Генетически трансформировать эритроциты невозможно - ибо ДНК в них уже нет, при созревании клеточное ядро с ДНК специально выбрасывается, а весь биосинтез белка идет с накопленной матричной РНК. Зато можно трансформировать клетки-предшественники, стволовые в костном мозге, из которых развиваются эритроциты. Эти клетки достают из пациента, размножают в культуре и трансформируют для встраивания нормального гена глобина. Для чего используется так называемый лентивирусный вектор: специально заинженереный вирус ВИЧ, который размножаться не может, зато может встраивать ДНК в геном клетки-хозяина. А потом клетки с модифицированным геном глобина запускают обратно в пациента, где они живут, размножаются, и образуют нормальные эритроциты. Тем самым необходимость в переливаниях крови отпадает.
Лечение под названием Zynteglo (Bluebird Bio) было утверждено в 2022-м году, после того, как у 80% пациентов однократное применение привело к излечению анемии до полного отказа от переливаний крови в течение года и больше. Встречается талассемия довольно часто, 1 случай на 100 тысяч человек. Поэтому ФДА утвердило лечение и для взрослых, и для детей. Побочные последствия тоже есть, возможны аллергические реакции и масса прочих нехороших вещей, связанных с вливанием в кровь большого количества живых клеток. Но побочки уходят, а эффект остается. На данном этапе курс лечения стоит около 2.5 миллионов долларов. И он оплачивается страховыми компаниями, им дешевле один раз заплатить за лечение, чем каждую неделю платить за переливания крови в течение всей жизни пациента. Уменьшить стоимость пока трудно - куча денег уходит на доставание, выращивание и трансформацию стволовых клеток. Все эти процедуры требуют высокой квалификации, стерильных условий, сложных инкубаторов и кучи очень дорогих ростовых факторов и прочих химикатов. Плюс контроль качества на каждой процедуре. Дочь моя занимается как раз контролем качества и прочими надзорно-регуляторными вещамим и по ее словам, цена лечения близка к себестоимости. Госпиталь, где она работает, сейчас как раз запускает программу генно-инженерного лечения талассемии для детей и подростков, с верхней границей в 26 лет.
Есть и еще одно возможное последствие, которое никому не нравится. Генная инженерия со встраиванием ДНК в геном хозяина может запустить онкогенез. Обычно это происходит, когда новый ген случайно оказывается вставлен так, что он нарушат работу другого гена. Например, выводит из строя анти-онкоген, регулятор клеточного деления, и клетки начинают бурно размножаться, превращаясь в раковый клон. Вo время клинических испытаний это не наблюдалось, но такая возможность, хоть и редка, но встречается в других видах генной терапии. Так что необходим постоянный мониторинг подобных побочек (что, кстати, можно делать с использованием технологий компании, где работаю я).
А нынче появился новый способ сразу достичь нескольких целей: упростить и удешевить генную терапию и исключить возможность ракового перерождения заинженеренных клеток. И все это можно делать с помощью замены ДНК на матричную РНК. Собственно настоящий прорыв случился благодаря Ковиду, и конкретно - мРНКовым вакцинам. Как известно, мРНК считывается с ДНК и служит в качестве матрицы для синтеза белка. По наследству через половые клетки РНК не передается. Сама по себе РНК в клетке живет недолго, часы, но время жизни можно увеличить за счет химических модификаций и связывания с белками.
Наварить большое количество мРНК несложно, можно довольно быстро получать ее килограммами без особых затрат. Самое сложное было сделать технологию доставки мРНК в клетки пациента. Тонкие моменты были связаны с разработка липидных покрытий для инкапсуляции. Так, чтобы эти покрытия защищали РНК от разрушения, но при этом не вызывали иммунную реакцию и воспаление. Все это было разработано еще до Ковида, и даже испытано на ограниченном количестве добровольцев в рамках тестирования вакцин. Но инвестиций и денег не было, и технология лежала на полке. Зато когда пришел Ковид, денег дали сразу неогранченно много, из кармана налогоплательщиков. И поэтому удалось сразу запустить клинические испытания, которые уже через 4-6 месяцев показали безопасность и зашкаливающую эффективность (97% для начальных штаммов Ковида) мРНКовых вакцин. Денег у производителей, а именно Файзера-Байонтек и Модерны оказалось много, и они их запустили на расширение использования мРНК. А именно вакцины от рака и замену генной терапии на мРНКовую.
Классическая генная терапия - это перманентно вставить чужую ДНК в клетки, пока клетки живы и размножаются, они генно-модифицированы. А мРНК-овая терапия - временная, это доставка мРНК в клетки, клеточная ДНК при этом не меняется, а доставленная РНК идет в виде матриц для биосинтеза белка. Пока чужеродная РНК есть - клетка строит нормальный белок. Как только РНК не стало, эффект прошел. При этом нет генетических предпосылок для развития рака. А мРНК можно доставлять в клетки, не доставая их из организма, напрямую через кровь. Вакцины с мРНК кололи в мышцу, тут мРНК надо будет вливать внутривенно. Но это все равно гораздо проще, дешевле и безопаснее для той же бета-талассемии, чем еженедельные переливания крови. И никаких необратимых процессов: как только вливания мРНК прекращаются, через пару недель ее в организме не остается. Вот тут есть некий обзор на эту тему. https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2023/july/rna-based-gene-editing-model-for-blood-disorders
В общем история на тему "не было бы счастья", не было бы Ковида, технология еще долго лежала бы на полке. А сейчас идет взрывной рост применения инкапсулированной мРНК, и предварительные данные обнадеживают. А безопасность в первом приближении проверена на вакцинах.
А если у кого-то из живущих в Америке дети хотят работать в биотехе, но не знают, чем лучше заняться - то вот простой совет: регуляторные и наздирательные функции по организации клинических испытаний, контролю качества процедур и документальному обслуживанию экспериментальной медицины (Quality Assurance). Специальное образование можно получить за полтора-два года (сверх обычных 4 лет университета) за сравнительно небольшие деньги (типа 5 штук за сертификат), правда, пахать придется много. А потом первые года три - школа молодого бойца, когда найти работу непросто, а получаешь немного. Зато ежели через эти тернии прорваться, то профессия крайне востребована и хорошо оплачивается. И специалистов реально не хватает.