Улучшенный метод редактирования генов может стать основой для нового поколения клеточных и генных терапий

Новый подход к генной инженерии клеток обещает значительное улучшение скорости, эффективности и снижение клеточной токсичности по сравнению с текущими методами. Этот подход также может способствовать разработке продвинутых клеточных терапий для лечения рака и других заболеваний, согласно исследованию ученых из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета.

В исследовании, опубликованном на этой неделе в Nature Biotechnology, ученые обнаружили, что фрагменты белков, которые используют некоторые вирусы для проникновения в клетки, также можно использовать для доставки молекул CRISPR-Cas для редактирования генов в клетки и их ядра с чрезвычайно высокой эффективностью и низкой клеточной токсичностью.

Ученые ожидают, что новая методика будет особенно полезна для модификации Т-клеток и других клеток, взятых из организма пациента, для создания клеточных терапий. Одним из таких применений может быть CAR T-терапия (терапия Т-клетками с химерным антигенным рецептором), которая использует специально модифицированные иммунные клетки пациента для лечения рака.

Первый одобренный FDA метод CAR T-терапии был разработан в Penn Medicine и получил одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в 2017 году. Сейчас в США одобрено шесть методов CAR T-клеточной терапии. Эти терапии произвели революцию в лечении некоторых В-клеточных лейкозов, лимфом и других видов рака крови.

Новый подход — PAGE

CRISPR-Cas-молекулы, производные от древних бактериальных антивирусных защитных систем, предназначены для точного удаления ДНК в нужных местах генома клетки. Однако их использование для модификации клеток пациентов с целью создания клеточных терапий было ограничено — отчасти потому, что молекулы CRISPR-Cas трудно доставить в клетки, а затем в ядра клеток, содержащие ДНК.

В исследовании ученые изучили возможность использования небольших фрагментов белков вирусного происхождения, называемых пептидами, для более эффективной доставки молекул CRISPR-Cas через внешние мембраны первичных человеческих клеток в их ядра. Исследователи обнаружили, что объединенная комбинация двух модифицированных пептидов — одного из ВИЧ и одного из вирусов гриппа — может быть смешана с молекулами CRISPR-Cas для их доставки в первичные клетки человека или мыши и их ядра с эффективностью до почти 100% (в зависимости от типа клеток) и практически без токсичности или изменений в экспрессии генов.

Команда продемонстрировала этот подход, который они называют PAGE (peptide-assisted genome editing), для нескольких типов клеточных терапий, включая CAR T-клеточные терапии.

Потенциал применения

Помимо потенциального использования в клеточной и генной терапии, подход PAGE может найти широкое применение в фундаментальных научных исследованиях. Неэффективность стандартных методов доставки CRISPR-Cas означала, что редактирование генов для создания мышиных моделей заболеваний обычно требует многоэтапного, трудоемкого процесса получения трансгенных мышей. Напротив, PAGE с его высокой эффективностью и низкой токсичностью может обеспечить быстрое, эффективное и прямое редактирование генов у обычных лабораторных мышей.

"Простота и сила концепции пептидной помощи позволяют предположить, что в будущем ее можно будет адаптировать для доставки в первичные клетки других белков для редактирования генома или даже белковых препаратов", — сказал соавтор исследования.