Зачатые без спермы и генная терапия. 6 важных открытий в медицине и биологии
Звездой прошедшего года однозначно стала генная терапия. Её применение впервые официально одобрили в США. Кроме того, в 2017-м с её помощью наконец-то удалось излечить врождённую болезнь, точнее даже две. Но и дикая природа удивила: в тропическом лесу обнаружили первый вид светящихся лягушек.
В США официально разрешили применять генную терапию
В Соединённых Штатах лекарство, чтобы его можно было продавать в аптеках и использовать в больницах, должно получить одобрение в Управлении по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (Food and Drug Administration, FDA). То есть даже если оно помогло кому-то на этапе клинических испытаний, им не будут пользоваться вне специальных исследований, пока оно не получит такое одобрение. Фактически оно будет иметь статус нелегального.
Легализация средств для генной терапии в США началась только в прошлом году. Первым (в сентябре 2017-го) одобрили препарат Kymriah. Он спасает от острого B-лимфоцитарного лейкоза. Химиотерапия при этом заболевании помогает далеко не всем, к тому же лейкоз может вернуться. Поэтому учёные предложили фильтровать из крови пациентов другие их лимфоциты (T), вставлять в них ген, чей белок позволяет им связываться с больными B-лимфоцитами и уничтожать их, а потом возвращать такие модифицированные T-лимфоциты в организм пациента, чтобы они уничтожали раковые клетки. Способ оказался действенным. Его будут предлагать в качестве лечения в основном детям и подросткам.
Фото: © flickr/NASA's Marshall Space Flight Center
Буквально через месяц, в октябре, FDA разрешило применять ещё одно средство — Yescarta. Принцип действия у него такой же, и применять его будут при довольно близком недуге — B-крупноклеточной лимфоме. Ещё через два месяца, в конце декабря, зелёный свет дали и третьему препарату для генной терапии — Luxturna. Он направлен на борьбу с особой наследуемой формой ухудшения зрения. Это первое официально одобренное средство, позволяющее лечить наследственное заболевание.
Почему для нас важно, что происходит с лекарствами в Америке? Ответ прост. FDA — очень влиятельная организация, и на её действия так или иначе будут ориентироваться соответствующие комитеты в Европе и на других континентах. Если разрешили генную терапию "там", значит, рано или поздно она появится "здесь".
Но есть одна проблема, и большая. Все названные средства стоят очень дорого. Скажем, стоимость Kymriah составляет 475 000 долларов. Конечно, со временем она будет снижаться, а компания-производитель обещает помогать пациентам с поиском средств, но всё равно в ближайшее десятилетие генная терапия вряд ли станет общедоступной.
Врождённые болезни стали излечимыми
Фото: © flickr/OPCW
Рак хотя бы в принципе можно вылечить, и проявляется он не сразу после рождения. Он часто вызывается мутациями, которые появляются в ходе жизни организма. Но бывает и так, что вредные мутации содержатся во всех клетках человека с самого начала, так как передались ему по наследству, от сперматозоида и яйцеклетки. При этом проявляются врождённые заболевания. Раньше от них невозможно было избавиться навсегда, можно было только регулярно вводить лекарства для снятия симптомов. Но в 2017 году две из таких болезней, гемофилию и буллёзный эпидермолиз, впервые удалось вылечить.
При гемофилии B из-за нехватки фактора свёртывания IX — одного из белков, обеспечивающих свёртывание крови — любое незначительное повреждение сосудов вызывает длительное кровотечение, которое долго не останавливается. Можно периодически делать инъекции этого белка. А можно, как выяснилось, запустить в организм так называемый вирусный вектор, содержащий нормальный ген фактора свёртывания IX. Это модифицированный вирус, который не вызывает инфекции, но вносит в ДНК клеток пациента правильные копии нужного гена. Предварительные испытания на десяти мужчинах с гемофилией B показали, что достаточно один раз ввести соответствующие вирусные векторы, чтобы у больных прекратились кровотечения и отпала необходимость в поддерживающей терапии.
Буллёзный эпидермолиз, пожалуй, в чём-то даже хуже гемофилии. При нём нарушается связь между поверхностными (эпидермисом) и глубокими (дермой) слоями кожи. Даже самые нежные прикосновения к больным буквально снимают с них кожу. По всему телу образуются незаживающие раны. В ряде случаев буллёзный эпидермолиз вызван мутацией в гене, кодирующем белок ламинин-232, который обеспечивает прикрепление эпидермиса к дерме.
Итальянские учёные решились на рискованный эксперимент — заменить все клетки эпидермиса семилетнего мальчика, больного буллёзным эпидермолизом, на клетки без зловредной мутации. И им удалось это сделать. У пациента взяли стволовые клетки и заменили в них дефектную копию гена ламинина-232 на нормальную, а потом помогли этим клеткам стать клетками эпидермиса. Когда это произошло, ими заменили кожу мальчика. И он вылечился от врождённого заболевания, от которого раньше не было средства.
Найден способ превращать одни клетки в любые другие
Фото: © REUTERS/Ivan Alvarado
Лет десять-двадцать назад стволовым клеткам приписывали статус будущей панацеи. Считалось, что они могут образовывать какие угодно типы клеток, поэтому их можно использовать для регенерации утраченных органов и тканей. Однако источников стволовых клеток не хватало: фактически ими могли быть только эмбрионы, притом человеческие, поскольку речь именно о лечении людей. Это ставило перед учёными и медиками значительные этические ограничения. Нужно было искать другие способы получения стволовых клеток. Один такой способ был найден японцем Синъя Яманакой в 2006 году. Он показал, что воздействие на фибробласты (клетки соединительной ткани) определённым небольшим набором веществ возвращает их в состояние стволовых, из которых можно получить клетки почти всех типов. "Находку" Яманаки назвали индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК).
ИПСК можно было делать из клеток пациента, затем превращать их в клетки нужного типа и возвращать в организм. Такая трансплантация не вызывает реакции отторжения, ведь донор и реципиент в данном случае — одно лицо. Поэтому ИПСК сразу начали изучать как потенциальное средство против различных болезней. Но быстро открылась их неприятная особенность. Они гораздо чаще, чем остальные клетки, перерождаются в раковые. То есть пересадка их пациентам, чтобы восстановить утраченные ими фрагменты тканей или органов, оказалась сопряжена с большими рисками. Тогда начались опыты по превращению одних типов клеток в другие без промежуточного перевода их в ИПСК.
В 2017 году эти эксперименты увенчались крупным успехом: учёные из нескольких институтов Великобритании и США создали универсальный алгоритм такого перепрограммирования. По тому, каким образом "свёрнута" ДНК клеток того или иного типа, они вычисляют, чем и в каких дозах на них надо воздействовать, чтобы напрямую, минуя стадию ИПСК, превратить их в клетки другого типа. Недостаток алгоритма пока один: его ещё почти не проверяли на практике.
Эмбрионы сделали из необычного материала, а ягнят выходили без плаценты
Фото: © REUTERS/Paulo Whitaker
Много всего интересного в ушедшем году произошло и в эмбриологии. В марте 2017 учёные из Кембриджа сообщили, что создали мышиный эмбрион "с нуля". То есть не из сперматозоида и яйцеклетки, а из стволовых клеток, взятых у другого эмбриона (это была мышь). Их брали из двух мест — непосредственно из тела зародыша и из пространства около него, которое позже даст начало плаценте. Далее их помещали на трёхмерный каркас, помогавший клеточной массе принять нужную форму.
"Слепленная" из клеток двух типов структура развивалась как нормальный мышиный эмбрион в течение четырёх дней. Однако на стадии, соответствующей девяти дням внутриутробного развития, искусственный зародыш погибал из-за недостатка питания. В норме эмбриону к этому моменту нужно внедриться в стенку матки местом будущей плаценты, а в эксперименте этого не происходило. Как бы то ни было, "собрать" зародыш не из половых клеток до этого никому не удавалось.
Впрочем, получить "составные" эмбрионы можно и другим способом — например, ввести стволовые клетки представителя одного вида в зародыш другого. В январе 2017 японские биологи опубликовали статью, в которой подытожили результаты своих опытов по созданию зародышей-химер. Как и мифическое создание Химера, они состояли из клеток разных организмов: либо крысы и мыши, либо человека и свиньи. Основой выступали зародыши свиней и мышей. В них вводили стволовые клетки человека и крыс соответственно. Также пытались сделать химер из клеток крысы и эмбрионов свиньи, но не получилось — слишком уж эти животные далеки друг от друга по строению. "Составные" зародыши — в частности, свиные с добавленными человеческими клетками — пригодятся при тестировании лекарств. Благодаря им условия работы потенциальных препаратов будут ближе к реальным, так как они будут воздействовать на клетки человека. Но при этом эксперименты будут проводиться на животных.
Есть кое-что и для "натуральных" эмбрионов. Исследователи из Филадельфийского детского госпиталя создали и испытали систему, заменяющую плаценту экстремально недоношенным ягнятам. Искусственная утроба представляет собой стерильный пластиковый мешок, заполненный жидкостью — имитацией околоплодных вод. Система трубок обеспечивает животным газообмен. Особенно важно, что при этом не задействуются лёгкие ягнят. Этим нежным органам досрочное начало работы только вредит. Недоношенные животные пробыли в искусственных утробах четыре недели и всё это время нормально развивались. Учёные планируют испытывать свою систему на животных ещё около полутора лет, и если всё пойдёт хорошо, то затем ещё пять лет и в клинике.
Характер животных научились менять свечением в мозг
В нейробиологии в 2017 году особых прорывов, пожалуй, не было, хотя вышло много интересных и важных работ. По крайней мере, в паре из них использовали сравнительно новый метод — оптогенетику, ей 12 лет. При оптогенетических исследованиях нервные клетки головного мозга подопытного животного модифицируют так, что в их мембраны встраиваются фоточувствительные белки-каналы. Когда на такие клетки светят (для этого в мозг животного проводят оптоволокна со светодиодами на конце), в них входят положительно или отрицательно заряженные частицы, из-за чего нейроны либо активируются, либо, наоборот, "замолкают". В более продвинутых версиях даже оптоволокно не требуется, светом управляют дистанционно.
С помощью такой необычной процедуры можно менять поведение животных и даже, как выяснилось в 2017-м, их характер. В одном исследовании самцам мышей, занимающих в своих группах подчинённое положение, оптогенетически активировали клетки дорсомедиальной префронтальной коры, в результате чего они на некоторое время становились альфа-самцами — выталкивали соперника из узкой трубы, в которой невозможно развернуться. Самое интересное, что довольно большой процент мышей запоминали этот социальный успех и даже после окончания оптогенетического воздействия продолжали доминировать. Таким образом, свет активировал в дорсомедиальной префронтальной коре грызунов какую-то цепочку передачи сигналов, делающую их смелыми и напористыми.
Во втором исследовании результаты впечатляют ещё больше. Домовые мыши по природе травоядные, однако оптогенетическое воздействие на другую область мозга, миндалину, делало их настоящими хищниками. Они начинали гоняться за сверчками, а в ряде случаев и убивать их. Будут ли грызуны лишь бегать за насекомыми или станут ещё и ловить их, зависело от того, какие конкретно нервные цепочки в миндалине будут активированы. То есть за преследование добычи и её поимку отвечают разные нейроны. Иногда мыши нападали даже на неживые предметы, которые находили у себя в клетке. Интересно, что сородичей они не трогали.
Впервые нашли лягушку, светящуюся в темноте
Казалось бы, что нового можно отыскать в живой природе. Разве что примечательный только для специалистов очередной вид жуков, которых уже и так известно сотни тысяч. К тому же леса, луга, реки и прочие экосистемы по большей части рушатся из-за неосторожных действий людей. И всё же у дикой природы нашлось то, чем можно удивить биологов. У лягушки Hypsiboas punctatus, весьма распространённой в лесах Южной Америки, обнаружили способность флуоресцировать — светиться в сумерках или под действием ультрафиолета. Днём она выглядит жёлтой в крапинку, а ночью — ярко-зелёной. По всей видимости, светящиеся лягушки видят друг друга в темноте и, вероятно, выбирают себе половых партнёров по тому, кто как флуоресцирует.
Раньше считалось, что в зелёной флуоресценции в густом лесу нет смысла. Пример Hypsiboas punctatus показывает, что это не так. Притом это не первый вид наземных позвоночных, у которых обнаружили флуоресценцию. Другие "светящиеся" животные нам хорошо знакомы: это волнистые попугайчики. Эксперименты, проведённые в 2002 году, показали, что при выборе полового партнёра они ориентируются на интенсивность флуоресценции перьев потенциальных супругов. Если она высокая, значит, птица обладает крепким здоровьем и от неё получится хорошее потомство.