Генетические болезни. Генетик. Чем занимается данный специалист, какие исследования производит, какие заболевания лечит? Генетика лечение

Генетика в Израиле развивается стремительно, появляются прогрессивные методы диагностики и лечения наследственных заболеваний. Постоянно расширяется спектр профильных исследований, увеличивается лабораторная база и медицинский персонал повышает свою квалификацию. Возможность как можно раньше поставить диагноз и начать комплексное лечение наследственных отклонений делает лечение детей в Израиле наиболее востребованным и эффективным.

Диагностика генетических заболеваний

Лечение наследственных болезней может быть радикальным и паллиативным, но предварительно следует поставить точный диагноз. Благодаря использованию новейших методик, специалисты Тель-Авивского медицинского центра им.Сураски (клиника «Ихилов») успешно проводят диагностирование, ставят точный диагноз и дают исчерпывающие рекомендации по дальнейшему плану лечения.

Следует понимать, что при невозможности радикального вмешательства, усилия медиков направлены на улучшение качества жизни маленького пациента: социальную адаптацию, восстановление жизненных функций, коррекцию внешних дефектов и т.д. Облегчение симптомов, составление карты дальнейших действий и прогнозирование последующих изменений здоровья - все это возможно после постановки точного диагноза. Оперативно пройти обследование и подтвердить наличие генетического отклонения можно в клинике «Ихилов», после чего пациенту будет назначено комплексное лечение выявленного заболевания.

В центре им.Сураски предлагают тестирование и обследование не только детей, но будущих родителей и беременных женщин. Особенно показано такое исследование лицам с осложненным личным или семейным анамнезом. Исследование покажет степень вероятности рождения здорового потомства, после чего врач определит дальнейшие лечебные мероприятия. Опасность передачи ребенку наследственных отклонений устанавливается максимально точно, с помощью новейших технологий.

Детям с генетической патологией и парам, которые ждут малыша с наследственными отклонениями, уже на стадии сбора анамнеза и постановки диагноза назначается комплексное лечение.

Педиатрическая генетическая диагностика в «Ихилов»

До 6% новорожденных имеют наследственные отклонения в развитии, у некоторых детей признаки генетических нарушений выявляются позднее. Иногда родителям бывает достаточно знать об имеющейся опасности, чтобы избегать опасных для ребенка ситуаций. Генетические консультации ведущих израильских специалистов помогают на ранней стадии определить наличие аномалий и своевременно начать лечение.

Сюда относятся следующие заболевания детей:

• порок или множественные пороки развития и аномалии (дефекты нервной трубки, заячья губа, сердечные пороки);
• умственная отсталость, такая как аутизм, другие отклонения развития неизвестной этимологии, невосприимчивость ребенка к обучению;
• структурные врожденные аномалии мозга;
• сенсорные и метаболические отклонения;
• генетические отклонения, с поставленным диагнозом и неизвестные;
• хромосомные аномалии.

Среди врожденных заболеваний выделяют мутации в специфическом гене, которые передаются из поколения в поколение. Сюда относятся талассемия, муковисцидоз, некоторые формы миопатий. В других случаях наследственные отклонения обусловлены изменением количества или структуры хромосом. Такая мутация может быть унаследована ребенком от одного родителя или возникнуть спонтанно, на этапе внутриутробного развития. Ярким примером хромосомного нарушения служит болезнь Дауна или ретинобластома.

Для раннего диагностирования наследственных пороков у детей в медцентре «Ихилов» используют различные методы лабораторных исследований:

• молекулярный, позволяющий на стадии внутриутробного развития плода установить отклонение в ДНК;
• цитогенетический, при котором исследуют хромосомы в различных тканях;
• биохимический, устанавливающий отклонения обмена веществ в организме;
• клинический, помогающий установить причины возникновения, провести лечение и профилактику.

Кроме назначения комплексного лечения и наблюдения за течением генетического заболевания, задачей врачей является прогнозирование возникновения болезни в будущем.

Лечение генетических заболеваний у детей

Лечение детей в Израиле состоит из целого комплекса мероприятий. В первую очередь проводятся лабораторные исследования с целью подтверждения или первичной постановки диагноза. Родителям будут предложены самые инновационные методы технологических разработок по определению генетических мутаций.

Всего в настоящее время науке известно 600 генетических отклонений, поэтому своевременно проведенный скрининг ребенка позволит выявить заболевание и начать грамотное лечение. Генетическое тестирование новорожденного является одной из причин, по которой женщины предпочитают рожать в клинике Ихилов (Сураски).

Совсем недавно лечение наследственных заболеваний считалось бесперспективным делом, поэтому генетическая болезнь считалась приговором. В настоящее время заметен значительный прогресс, наука не стоит на месте и израильские генетики предлагают новейшие схемы лечения подобных отклонений в развитии ребенка.

Генные болезни очень неоднородны по характеристикам, поэтому лечение назначается с учетом клинических проявлений и индивидуальных параметров пациента. Во многих случаях предпочтение отдается стационарному лечению. У медиков должна быть возможность провести максимально расширенное обследование маленького пациента, подобрать лекарственную схему, при показаниях провести оперативное вмешательство.

Чтобы грамотно подобрать гормональную и иммунную терапию, нужно всестороннее обследование и тщательное наблюдение за пациентом. Сроки терапевтических назначений также индивидуальны, зависят от состояния и возраста ребенка. В ряде случаев родители получают подробный план дальнейших процедур и наблюдения за больным. Ребенку подбираются лекарственные препараты для облегчения проявлений болезни, диета и физиотерапия.

Основные направления лечебного процесса в центре им.Сураски

Лечение генетических отклонений у детей является сложным и длительным процессом. Полностью излечить подобные недуги порой невозможно, но лечение осуществляется по трем основным направлениям.

• Этиологический способ является наиболее действенным, направленным на причины нарушения здоровья. Новейший метод генной коррекции заключается в выделении поврежденного отрезка ДНК, его клонировании и внедрении здорового компонента на прежнее место. Это наиболее перспективный и инновационный метод борьбы с наследственными проблемами здоровья. На сегодняшний день задача считается крайне сложной, но уже применяется при ряде показаний.
• Патогенетический способ влияет на внутренние процессы, происходящие в организме. При этом происходит воздействие на патологический геном, корректировка всеми доступными способами физиологического и биохимического состояния больного.
• Симптоматический способ воздействия направлен на снятие болевого синдрома, негативных состояний и создание препятствий для дальнейшего развития болезни. Данное направление используется самостоятельно или в комплексе с другими видами лечения, но при выявленных генных нарушениях назначается всегда. Фармакология предлагает обширный спектр лечебных препаратов, позволяющих облегчить проявления болезней. Это противосудорожные, обезболивающие, успокаивающие и другие средства, которые ребенку следует давать только после врачебного назначения.
• Хирургический метод бывает необходим для исправления внешних дефектов и внутренних аномалий организма ребенка. Показания к оперативному вмешательству назначаются крайне взвешенно. Порой требуется проведение длительного предварительного обследования и лечения, чтобы подготовить маленького пациента к операции.

В качестве положительного примера лечения детей в Израиле можно привести статистику по распространенному генетическому заболеванию - аутизму. В больнице Ихилов-Сураски раннее выявление аномалий (с шести месяцев жизни) дало возможность 47% таких детей в дальнейшем развиваться нормально. Обнаруженные нарушения у остальных обследованных детей врачи сочли незначительными, не требующими лечебного вмешательства.

Родителям рекомендуется не впадать в панику при появлении тревожных симптомов или наличии явных отклонений в здоровье детей. Постарайтесь как можно скорее связаться с клиникой, получить рекомендации и исчерпывающую консультацию по дальнейшим действиям.

Врачи-генетики работают в научных центрах и диагностических лабораториях. Эти специалисты могут пройти курсы усовершенствования и работать в сфере генной инженерии для создания лекарственных препаратов.

Чем занимается генетик?

Врач-генетик не является врачом в полном смысле этого слова, то есть к нему обращаются, в основном, для диагностики наследственных болезней или выявления риска развития генетических заболеваний еще на этапе планирования беременности .

Наследственные болезни характеризуются следующими особенностями:

• приводят к сокращению продолжительности жизни (иногда значительному );
• не излечиваются полностью (во многих случаях возможно только смягчение симптомов );
• часто становятся причиной умственной отсталости.

В генетике имеются следующие важные понятия:

• наследственность – способность живых организмов сохранять и передавать потомкам признаки, характерные для своего вида (рода );
• ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота ) – длинная молекула, в которой зашифрованы коды для образования всех компонентов организма;
• ген – участок ДНК , который отвечает за конкретный признак организма;
• хромосома – входит в состав ядра клетки и содержит ДНК, то есть является носителем информации о признаках и свойствах организма;
• половые хромосомы – X-хромосома (женская ) и Y-хромосома (мужская ), их сочетание определяет пол человека (XX – женский, XY – мужской );
• геном – весь генетический материал человека;
• кариотип – это хромосомный набор человека (форма и количество хромосом );
• аутосомное наследование – ген-мутант находится в какой-либо неполовой (соматической ) хромосоме;
• наследование, сцепленное с X хромосомой – ген-мутант находится в X-хромосоме (наследование, сцепленное с полом );
• доминантный ген – ген, который оказывает сильное влияние на признак;
• рецессивный ген – ген, влияние которого на признак слабое.

• генные болезни;
• хромосомные болезни;
• мультифакториальные );
• наследственные митохондриальные болезни;
• болезни, возникающие из-за генетической несовместимости матери и плода.

Генные болезни (наследственные болезни )

Существуют следующие типы наследования генных болезней:

• аутосомно-доминантный тип наследования – при наличии болезни у одного из родителей «неправильный» ген передается ребенку в 50% случаев;
• аутосомно-рецессивный – если оба родителя здоровы, но «несут» мутировавший ген в своей ДНК, то ребенок наследует его в 25% случаев;
• доминантное наследование, сцепленное с X-хромосомой – мутантный ген связан с половой хромосомой X и может передаваться от обоих родителей, при этом больной мужчина передает «неправильный» ген всем своим дочерям, но не передает его сыновьям, а больная женщина передает ген половине своих детей, независимо от их пола;
• рецессивное наследование, сцепленное с X-хромосомой – болезни передаются по материнской линии, но болеют только мальчики, так как у девочек есть «запасная» X-хромосома со здоровым геном.

Наиболее часто встречающиеся генные болезни

Хромосомные болезни

Суть хромосомных болезней состоит в том, что избыток или недостаток генетической информации (количество хромосом ) влияет на ход реализации всей нормальной программы развития.

К наиболее распространенным хромосомным болезням относятся:

• Синдром Дауна – наличие лишней (третьей ) 21-й хромосомы. Такое нарушение становится причиной слабоумия, пороков развития сердца и желудочно-кишечного тракта, характерного внешнего вида (круглая голова, монголоидный разрез глаз, большой язык и полуоткрытый рот ).
• Синдром Эдвардса – возникает вследствие наличия дополнительной третьей 18-й хромосомы. Синдром проявляется умственной отсталостью, чрезмерной подвижностью пальцев, низко расположенными ушами, пороками внутренних органов, «заячьей губой » и «волчьей пастью » (расщелины верхней губы и неба ), а также аномальной стопой («стопа-качалка» ).
• Синдром Патау – наличие дополнительной 13-й хромосомы. Патология проявляется микроцефалией (уменьшение размеров головы ), расщелинами губы и неба, пороками сердца и конечностей.
• Синдром Шерешевского-Тернера – отсутствие у представительниц женского пола второй женской (X ) хромосомы (ее хромосомный набор имеет вид 45 X0 ). При этом синдроме имеются отеки кистей и стоп, кожные складки на шее, отсутствует мимика на лице («лицо сфинкса» ). В более старшем возрасте болезнь становится причиной полового недоразвития, отсутствия месячных и бесплодия.
• Синдром Клайнфельтера – наличие одной или нескольких дополнительных женских хромосом у лиц мужского пола (кариотип может иметь вид 47 XXY, 48 XXXY ). Это нарушение проявляется евнухоидным телосложением, увеличением грудных желез, недоразвитием яичек, отсутствием растительности на лице, высоким ростом и длинными конечностями (особенно верхними ).
• Синдром «кошачьего крика» – возникает из-за исчезновения части 5-й хромосомы. Характерным симптомом является особенный плач, напоминающий крик кошки. Кроме этого у больных наблюдается умственное и физическое недоразвитие, лунообразное лицо и другие врожденные пороки.

Болезни с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные )

Виды мультифакториальных болезней

К мультифакториальным болезням относятся также некоторые формы врожденного гипотиреоза (пониженной функции щитовидной железы ).

Митохондриальные болезни

Митохондриальные болезни могут длительное время не проявляться, потому что в митохондриях одновременно присутствуют нормальная и мутантная ДНК, и до определенного момента митохондрии «справляются» с нагрузкой.

Больше всего энергии потребляют мышцы и нервные клетки, поэтому при болезнях митохондрий, в первую очередь, развиваются миопатии (болезни мышц ), в том числе и кардиомиопатии (болезни сердечной мышцы ), и энцефалопатии (неврологические проблемы ).

При митохондриальных болезнях чаще всего поражаются следующие органы:

• центральная нервная система – судороги, эпилепсия, нарушения сознания, глухота и другие симптомы;
• скелетные мышцы – слабость мышц и их атрофия;
• сердце – кардиомиопатии , аритмии и блокады сердца;
• орган зрения – слепота , нистагм, катаракта и другие симптомы;
• почки – нефрит, почечная недостаточность ;
• печень – увеличение печени и печеночная недостаточность;
• костный мозг – анемия, нейтропения (уменьшение количества нейтрофильных лейкоцитов );
• эндокринная система – диабет, нарушение полового созревания и другие болезни.

Болезни генетической несовместимости матери и плода

Антигены – это белки, которые у каждого человека имеют специфическую структуру. Именно по этим белкам иммунные клетки отличают «свои» клетки от «чужих». Поэтому, говоря о несовместимости матери и плода, имеется в виду их иммунологическая несовместимость, то есть реакция материнского организма на антигены эритроцитов плода, которые отсутствуют у матери. К антигенам эритроцитов относятся резус-фактор (D-антиген ) и антигены группы крови (A и B ).

Иммунологическая несовместимость матери и плода может возникать в следующих случаях:

• у матери резус крови отрицательный (отсутствует антиген D ), у ребенка – положительный (имеется антиген D );
• у матери нулевая (первая ) группа крови, а у ребенка – A (вторая ), B (третья ) или AB (четвертая );
• у матери вторая группа крови, а у ребенка – третья (или наоборот );
• у матери вторая или третья группа, а у ребенка – четвертая.

Разрушение эритроцитов вследствие иммунологической несовместимости матери и плода называется гемолитической болезнью плода или новорожденного («гемолиз» дословно означает разрушение крови ).

Гемолитическая болезнь новорожденных называется также резус-эритробластозом или ABO-эритробластозом, в зависимости от причины.

При разных резусах во время первой беременности количество антител недостаточно, чтобы вызвать серьезные нарушения у плода. Число антител становится критичным при второй или третьей беременности, при этом неважно как закончились предыдущие беременности (роды, выкидыш , аборт ). Различные антигены по системе группы крови вызывают ответную иммунную реакцию со стороны матери уже при первой беременности (2/3 случаев гемолитической болезни плода ).

Гемолитическая болезнь новорожденных имеет следующие симптомы:

• желтушность кожи и склер;
• отечность живота;
• вялость, бледность новорожденного;
• ребенок плохо берет грудь и плохо набирает вес;
• увеличение печени;
• высокий уровень билирубина в крови.

С какими симптомами обращаются к генетику?

К врачу-генетику редко обращаются прямо. Исключением могут быть случаи, когда кто-то из членов семьи обращался к данному специалисту по поводу тех же жалоб. Чаще всего направление на консультацию к генетику дают такие врачи как акушер -гинеколог , репродуктолог и педиатр.

Состояния, при которых следует обратиться к врачу-генетику

Ситуации, когда следует обратиться к врачу-генетику

Какие исследования проводит генетик?

Медико-генетическое консультирование включает следующие этапы:

• Первый этап (диагностика ) – проводится уточнение предполагаемого диагноза с помощью специфических (сугубо генетических ) и дополнительных (общих ) анализов и исследований;
• Второй этап (прогнозирование ) – на основе проведенных исследований врач-генетик осуществляют оценку генетического риска (прогноз наследственных болезней у потомства ), то есть риск рождения детей с наследственными заболеваниями.
• Третий этап (заключение ) – врач-генетик озвучивает свое мнение и дает советы на счет планирования беременности. При высоком риске рождения детей с наследственной патологией он может порекомендовать отказаться от планирования беременности, однако решение всегда принимают сами будущие родители.

Пренатальная диагностика состоит из следующих двух этапов:

• анализы, взятые у будущей мамы (косвенные методы );
• исследование самого плода (прямые методы ).

Инструментальные методы диагностики наследственных заболеваний проводит не сам генетик, а врачи ультразвуковой диагностики, хирурги или акушеры-гинекологи.

Инструментальные методы диагностики генетических болезней позволяют осуществить следующее:

• обнаружить пороки или косвенные признаки, указывающие на наследственное заболевание (до родов );
• получить материал для лабораторных генетических исследований.

Методы диагностики, которые использует врач-генетик

Какие лабораторные анализы проводит генетик?

Общие анализы

Особенно важен анализ крови при подозрении на гемофилию, гемоглобинопатии и гемолитическую болезнь новорожденного.

Биохимический анализ

Биохимический анализ наследственных болезней включает:

• ферментодиагностику – определение уровня фермента при подозрении на его недостаток или отсутствие (наследственные болезни обмена веществ );
• коагулограмму – определение факторов свертывания и активность свертывающей системы крови (гемофилии );
• анализ гормонов и их метаболитов (продуктов обмена ) – позволяет определить врожденный дефицит гормонов или нарушение их обмена в организме (адреногенитальный синдром, синдром Шерешевского-Тернера, синдром Клайнфельтера );
• анализ на побочные продукты обмена веществ – лактат, кетоновые тела (митохондриальные болезни );
• печеночные пробы (билирубин, АСТ, АЛТ, ГЛТ, щелочная фосфатаза ) – оценка состояния печени, которая часто поражается при наследственных заболеваниях;
• почечные пробы (креатинин, мочевина, мочевая кислота ) – оценка состояния почек при ее врожденных пороках (поликистоз ) и при интоксикации организма побочными продуктами обмена веществ;
• глюкоза – повышение (а иногда и понижение ) сахара в крови сопутствует многим наследственным болезням.

Маркеры генетических заболеваний плода (скрининг беременных )

Анализы, которые входят в скрининг беременных женщин

Скрининг новорожденных

Скрининг новорожденных включает анализ крови на следующие наследственные заболевания:

• фенилкетонурия;
• врожденный гипотиреоз;
• галактоземия;
• муковисцидоз;
• адреногенитальный синдром.

Цитогенетический анализ

Цитогенетический анализ включает:

• Кариотипирование . Кариотипированием называется определение кариотипа, то есть подсчет количества хромосом и оценка их структуры (каждая хромосома имеет характерный рисунок ). В качестве материала для исследования используют лимфоциты крови, костный мозг или биоптат ворсинок хориона (оболочка плодного яйца ). Полученные клетки выращивают на питательных средах, после чего их окрашивают и исследуют под микроскопом (хромосомы под микроскопом очень похожи на пары носков с разноцветными полосками ). Нормальный мужской кариотип – это 46 XY, а нормальный женский – 46 XX. Все остальные варианты являются отклонением от нормы.
• Определение полового хроматина . Половой хроматин – это маленькое треугольное или округлое пятнышко, которое расположено в ядре клетки. Половой Y-хроматин представляет собой участок Y-хромосомы (мужской хромосомы ), который определяется у мужчин, а X-хроматин – это инактивированная X-хромосома. Одна из двух X-хромосом, которые ребенок получает от каждого родителя, подвергается разрушению (так как в клетке должная быть одна X-хромосома ). Этот анализ помогает определить генетический пол ребенка, который при некоторых заболеваниях не соответствует анатомическому (гермафродитизм ). В качестве материала для определения полового хроматина берут мазок с ротовой полости.

анализ ДНК )

Анализ ДНК позволяет установить:

• пол ребенка еще во время беременности;
• наличие наследственных моногенных болезней;
• наличие наследственной предрасположенностью к болезням (мультифакториальные болезни );
• митохондриальные болезни.

• подтверждающая ДНК-диагностика – уточнение предполагаемого наследственного заболевания;
• пресимптоматическая ДНК-диагностика – выявление наследственных болезней до появления их симптомов;
• ДНК-диагностика носительства – обнаружение мутировавших генов, которые вызывают болезнь у потомков определенного пола, например, носителем гемофилии является женщина (не имеют симптомов ), но болеют исключительно мальчики;
• пренатальная ДНК-диагностика – исследование генетического материала плода во время беременности;
• преимплантационная генетическая диагностика – выявление генетических аномалий у эмбрионов (при экстракорпоральном оплодотворении ) до того как они будут имплантированы (введены ) в матку.

Существуют следующие скрининги на носительство наследственных болезней:

• мини скрининг – анализ 20 мутаций, которые встречаются наиболее часто (например, мутации при муковисцидозе и гемохроматозе );
• стандартный скрининг – позволяет обнаружить более 100 заболеваний;
• экспертный скрининг – позволяет за одно исследование выявить около 2500 тысяч генов, ответственных за развитие наследственных болезней.

Анализ ДНК позволяет получить генетический паспорт, куда в виде наборов букв и цифр записываются данные о генах человека.

Генетический паспорт содержит следующую информацию:

• предрасположенность к заболеваниям (в том числе и онкологическим );
• носительство генных мутаций;
• имеющиеся генетические болезни;
• данные об эффективности лекарств и их необходимой дозе;
• чувствительность данного организма к конкретным вирусам и бактериям ;
• предпочтительный стиль жизни (диета , спорт ).

ДОТ-тест

ДОТ-тест позволяет выявить следующие хромосомные аномалии:

• синдром Дауна;
• синдром Эдвардса;
• синдром Патау;
• синдром Шерешевского-Тернера;
• синдром Клайнфельтера.

Иммунологические методы диагностики

Иммунологический анализ позволяет обнаружить:

• антитела в крови и молоке матери к антигенам плода во время беременности (несовместимость матери и плода );
• комплексы антиген-антитело в крови у новорожденного (гемолитическая болезнь новорожденного );
• специфические иммуноглобулины класса E, которые обнаруживаются у больных бронхиальной астмой, атопическим ринитом и атопическим дерматитом .

Какие болезни лечит генетик?

Существуют следующие методы лечения наследственных болезней:

• Этиологическое лечение – это устранение причины болезни (этио – причина ) с помощью генной терапии. Генная терапия – это замена измененного генетического материала на нормальный участок ДНК (экспериментальные методы ).
• Патогенетическое лечение – в медицине используют термин «патогенетический», когда речь идет о механизме развития болезни (патогенез – ход патологического процесса ). Таким образом, цель патогенетического лечения это вмешательство в ход патологического процесса в организме на уровне ферментов, их субстратов (веществ, на которые эти ферменты воздействуют ) или замещение конечного продукта, который должен образоваться после воздействия фермента на субстрат.
• Хирургическое лечение – проводится, если наследственное заболевание приводит к изменению анатомии органа. В некоторых случаях достаточно провести коррекцию (пластическую операцию ), в других – необходимо удаление органа или его части. Если орган является жизненно необходимым, и у него нет пары (например, почки ), то после его удаления человеку пересаживают донорский орган или ткань.
• Симптоматическое лечение – устранение или смягчение проявлений болезни. Этот метод применяется при всех генетических болезнях и очень часто является единственным способом лечения.

Болезни, план лечения которых составляет врач-генетик

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Эмпирические попытки лечить больных с наследственной патологией, предпринимавшиеся в течение 200 лет вплоть до 30-х годов XX в., не дали положительных результатов. Диагноз наследственной болезни оставался приговором больному и его семье: такие семьи считали вырождающимися. Эта позиция в медицине в первые десятилетия XX в. опиралась, по-видимому, также на генетическую концепцию об очень строгой детерминации менделирующих наследственных признаков. В связи с этим в начале XX в. возникла негативная евгеника, призывавшая насильственно ограничить деторождение у лиц с наследственной патологией. К счастью, практическая реализация негативной евгеники была недолгой из-за общественного давления.

Переломным периодом в отношении лечения наследственных болезней можно считать 20-30 годы, так, в середине 20-х годов в экспериментах на дрозофиле были получены факты, показывающие разную степень проявления действия генов в зависимости от влияния генотипической или внешней среды. На основе этих фактов были сформированы понятия о пенетрантности, экспрессивности и специфичности действия генов. Стала возможной логическая экстраполяция: если среда влияет на экспрессивность генов, то, следовательно, можно уменьшить или исключить патологическое действие генов при наследственных болезнях. На основе этих положений выдающийся русский биолог Н.К. Кольцов предложил и обосновал новое направление в медицинской генетике - евфенику - учение о хорошем проявлении наследственных задатков. По его мнению, евфеника должна изучать все условия среды, стимулирующие проявления положительных и непроявления отрицательных (наследственные болезни) наследственных свойств.

* Исправлено и дополнено при участии д-ра мед. наук, проф. А.Ю. Асанова.

Впервые в мире невропатолог и генетик С.Н. Давиденков, основываясь на собственном клиническом опыте и достижениях экспериментальной генетики, в начале 1930-х годов указал на ошибочность мнения о неизлечимости наследственных болезней и вырождении семей с такими болезнями. Он, как и Н.К. Кольцов, исходил из признания роли факторов внешней и внутренней среды в проявлении наследственных болезней. С.Н. Давиденков настаивал на принципиальных возможностях вмешательства в функционирование патологических аллелей и сам много сделал для разработки методов лечения наследственных болезней нервной системы. Такая исходная позиция позволяла разрабатывать различные подходы и методы лечения лиц с наследственными болезнями на основе достижений генетики, теоретической и клинической медицины. Однако отсутствие сведений о патогенетических механизмах наследственных болезней в тот период ограничивало возможности разработки методов. Все подобные попытки, несмотря на правильные теоретические установки, оставались эмпирическими.

Лечение различных наследственных болезней может включать как традиционные в медицине подходы (лекарственные препараты, специфические диеты, хирургическую коррекцию и др.), так и воздействия на наследственные структуры, «повинные» в развитии болезни. Уровни, на которые направлено терапевтическое воздействие, во многом определяются состоянием знаний о первичном генетическом дефекте, его клинических проявлениях, взаимодействии с факторами среды и пониманием путей, на которых возможно исправление дефекта. Обобщенная схема точек приложения лечебных воздействий приведена на рис. 10.1.

В настоящее время благодаря успехам генетики в целом и существенному прогрессу теоретической и клинической медицины можно

Рис. 10.1. Принципиальная схема «мишеней» для лечения наследственных болезней

утверждать, что уже многие наследственные болезни успешно лечатся. Такая установка должна быть у врача.

Общие подходы к лечению наследственных болезней сходны с подходами к лечению болезней любой другой этиологии. При наследственных болезнях полностью сохраняется принцип индивидуализированного лечения, ведь врач и при наследственной патологии лечит не просто болезнь, а болезнь конкретного человека. Возможно, что при наследственной патологии принцип индивидуализированного лечения должен соблюдаться еще строже, потому что гетерогенность наследственных болезней далеко не расшифрована, а, следовательно, одну и ту же клиническую картину могут вызвать разные наследственные болезни с различным патогенезом. В зависимости от условий пре- и постнатального онтогенеза, а также от всего генотипа человека фенотипические проявления мутаций у конкретного человека могут модифицироваться в ту или другую сторону. Следовательно, необходима разная коррекция наследственной болезни у разных пациентов.

Как и при лечении других хорошо изученных болезней (например, инфекционных), можно выделить 3 подхода к лечению наследственных болезней и болезней с наследственной предрасположенностью: симптоматический, патогенетический, этиотропный. Применительно к наследственным болезням в отдельную группу можно выделить хирургические методы, поскольку иногда они выполняют функции симптоматической терапии, иногда - патогенетической, иногда - и той, и другой.

При симптоматическом и патогенетическом подходах используют все виды современного лечения (лекарственное, диетическое, рентгенорадиологическое, физиотерапевтическое, климатическое и т.д.). Генетический диагноз, клинические данные о состоянии больного и вся динамика болезни определяют поведение врача на протяжении всего периода лечения с постоянным и строгим соблюдением гиппократовского принципа «не навреди». При лечении наследственных болезней надо быть особенно внимательным в соблюдении этических и деонтологических норм: часто такие больные имеют тяжелую хроническую патологию с детского возраста.

СИМПТОМАТИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ

Хотя неспецифическое лечение не является главным, оно фактически используется всегда, в том числе при лечении пациентов с наследственными болезнями. Симптоматическое лечение применяют

при всех наследственных болезнях, даже если врач располагает методами патогенетической терапии. Для многих форм наследственной патологии симптоматическое лечение остается единственным.

Лекарственная симптоматическая терапия разнообразна и зависит от формы наследственных болезней. Один из древних примеров симптоматической терапии, сохранившейся до наших дней, - применение колхицина при острых приступах подагрического артрита. Такое лечение использовали еще греки в античном периоде. Другими примерами симптоматического лечения могут быть применение анальгетиков при наследственных формах мигрени, специфических транквилизаторов при психических проявлениях наследственных болезней, противосудорожных препаратов при судорожных симптомах и т.д. Успехи этого раздела терапии связаны с прогрессом фармакологии, обеспечивающим все более широкий выбор лекарств. Вместе с тем расшифровка патогенеза каждой болезни позволяет понять причину возникновения симптома, а на этой основе становится возможной более тонкая лекарственная коррекция симптомов, если первичная патогенетическая терапия еще невозможна.

В качестве примера можно привести общую схему многокомпонентного симптоматического лечения муковисцидоза. Первичное звено патогенеза (нарушение транспорта ионов натрия и хлора) скорригировать при этом заболевании еще не удается.

В связи с тем, что у больных выделяется много хлорида натрия с потом, детям с муковисцидозом в жарком сухом климате рекомендуется дополнительно добавлять поваренную соль в пищу. В противном случае иногда может наступить коллапс с тепловым ударом.

Недостаточность функции поджелудочной железы у больных (рано или поздно это наступает) восполняется препаратами сухих экстрактов поджелудочной железы животных или ферментов в капсулах (панкреатин, панзинорм  , фестал  ) и желчегонных средств. При клинических признаках нарушения функции печени проводится курс соответствующей терапии (эссенциале  , метионин, холин и др.).

Наиболее серьезными и трудными для лечения являются нарушения дыхательных путей. Закупорка просветов малых бронхов густой слизью обусловливает развитие инфекции в легочной ткани. На закупорку бронхов и инфекцию направлена симптоматическая (почти патогенетическая) терапия. Для уменьшения обструкции применяют бронхоспазмолитические

и отхаркивающие смеси (изопреналин, эуфиллин  , атропин, эфедрин и др.), препараты муколитического действия, в основном тиолы. Способ введения препарата (в ингаляциях, внутрь, внутримышечно) зависит от выраженности клинической картины. Применяют лекарства, уменьшающие внутриклеточную продукцию слизи, например мукодин  (карбоцистеин). - Лечение воспалительных осложнений в легких при муковисцидозе представляет трудную задачу, поскольку эти осложнения обусловлены несколькими видами бактерий, а иногда и грибов. С этой целью проводят интенсивную микробиологически контролируемую антибиотикотерапию (цефалоспорины третьего поколения и др.), а также лечение фторхинолонами для борьбы с синегнойной инфекцией. Антибиотики выбирают в зависимости от чувствительности микрофлоры. Наибольший эффект дает введение антибиотиков в ингаляциях и парентерально. Как видно на примере лекарственного лечения муковисцидоза, многосимптомные болезни требуют применения нескольких фармакокинетически совместимых лекарств.

Симптоматическое лечение бывает не только лекарственным. Многие виды физических методов лечения (климатотерапия, бальнеолечение, разные виды электротерапии, теплолечение) применяются при наследственных болезнях нервной системы, наследственных болезнях обмена веществ, заболеваниях скелета. После таких курсов лечения больные чувствуют себя намного лучше, продолжительность их жизни увеличивается.

Практически нет таких наследственных болезней, при которых не было бы показано физиотерапевтическое лечение. Например, лекарственное лечение муковисцидоза постоянно подкрепляется многообразными физиотерапевтическими процедурами (ингаляции, массаж и др.).

К симптоматическому можно отнести рентгенорадиологическое лечение при наследственно обусловленных опухолях до и после хирургического вмешательства.

Возможности симптоматического лечения при многих болезнях еще далеко не исчерпаны, особенно это касается лекарственной и диетической терапии.

Следует подчеркнуть, что симптоматическое лечение будет использоваться в большом объеме и в будущем наряду с самым совершенным патогенетическим или даже этиотропным лечением наследственных болезней.

ПАТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ

Лечение любых болезней путем вмешательства в патогенез всегда эффективнее, чем симптоматическое лечение. При наследственных болезнях патогенетические методы также наиболее обоснованы, хотя и не противопоставляются симптоматическому лечению. По мере изучения патогенеза каждой болезни появляются различные возможности вмешательства в этот процесс, в течение болезни или в выздоровление. Клиническая медицина развивалась на основе теоретических представлений о патологических процессах. Таким же путем идет клиническая генетика в разработке методов лечения.

Для патогенетического лечения наследственных болезней в последние годы применяют принципиально новые подходы, основанные на достижениях молекулярной и биохимической генетики. При описании генных болезней (см. гл. 4) приводились примеры расшифрованных нарушенных звеньев обмена, всех биохимических механизмов, по которым развивается наследственно обусловленный патологический процесс, - от аномального генного продукта до клинической картины болезни. Естественно, что на этой основе можно целенаправленно вмешиваться в патогенез болезни, а такое лечение фактически равнозначно этиотропному. Хотя первопричина (т.е. мутантный ген) и не устраняется, но цепь патологического процесса прерывается, и патологический фенотип (болезнь) не развивается (т.е. происходит нормокопирование).

Патогенетическое лечение должно расширяться по мере прогресса генетики развития. Пока ее вклад в разработку методов лечения наследственной патологии незначителен, хотя успехи последних лет не вызывают сомнений. В настоящее время лечение основано на коррекции отдельных нарушенных звеньев, но более эффективно было бы вмешиваться в патологический процесс на уровне системных реакций.

При патогенетических подходах к лечению наследственных болезней исходят из того, что у больных либо образуется аномальный белок (фермент), либо нормального белка вырабатывается недостаточно (до полного отсутствия). За этими событиями следуют изменения цепи превращения субстрата или его продукта. Знание этих принципов и конкретных путей реализации действия гена помогает правильно разрабатывать схемы лечения и даже терапевтическую стратегию. Это особенно четко можно проследить на примере наследственных болезней обмена веществ.

Рис. 10.2. Возможные подходы к патогенетическому лечению наследственных болезней

В обобщенном (может быть, немного упрощенном) виде возможные подходы к лечению наследственных болезней обмена веществ представлены на рис. 10.2. Видно, что для различных болезней могут быть использованы разные пути коррекции. Для одной и той же болезни можно использовать вмешательства в разных звеньях и на различных этапах развития патологического процесса.

В целом патогенетические подходы к лечению наследственных болезней в зависимости от уровня биохимического дефекта можно представить следующим образом. Лечение схематично сводится к возмещению или выведению чего-либо. Если ген не работает, то необходимо возместить его продукт; если ген производит не то, что

нужно, и образуются токсичные продукты, то необходимо удаление таких продуктов и возмещение основной функции; если ген производит слишком много продукта, то его избыток удаляют.

Коррекция обмена на уровне субстрата

Такое вмешательство - одна из наиболее частых форм лечения наследственных болезней. Коррекцию можно обеспечить разными путями, примеры которых приведены ниже. Субстратом в данном случае называется тот компонент пищи, который подвергается метаболизму с помощью генетически детерминируемого фермента (например, фенилаланин, галактоза), а при наследственной болезни он является участником патологической реакции.

Ограничение определенных веществ в пище (диетическое ограничение) было первой успешной мерой в лечении наследственных болезней обмена, при которых отсутствуют соответствующие ферменты для нормального превращения субстратов в продуктах питания. Накопление некоторых токсичных соединений или продуктов их обмена приводит к постепенному развитию болезни. При фенилкетонурии назначают диету с низким содержанием фенилаланина. Несмотря на отсутствие фенилаланингидроксилазы печени, тем самым прерывается патогенетическое звено развития болезни. Ребенок, находившийся несколько лет на искусственной диете, уже не будет страдать тяжелой формой болезни. Спустя несколько лет, чувствительность нервной системы к фенилаланину и продуктам его превращения резко снижается, и диетическое ограничение может быть уменьшено. Ограничение диеты не обязательно означает составление специального пищевого рациона. Например, новый метод ограничения поступления фенилаланина с пищей при фенилкетонурии основан на приеме внутрь желатиновых капсул, содержащих растительный фермент, который освобождает пищевые продукты от фенилаланина. При таком лечении концентрация фенилаланина в крови уменьшается на 25%. Этот метод особенно целесообразно применять у более взрослых пациентов с фенилкетонурией и беременных, не нуждающихся в строгом соблюдении диеты.

Диетическое ограничение применяется при лечении многих наследственных болезней обмена углеводов и аминокислот (галактоземии, наследственной непереносимости фруктозы и лактозы, аргининемии, цитруллинемии, цистинурии, гистидинемии, метилмалоновой ацидемии, тирозинемии, пропионовой ацидемии) и других

болезней с известным первичным дефектом. Применяются диеты, специфичные для каждого заболевания.

Ограничением определенных веществ в диете можно также лечить болезни, для которых еще не расшифрован дефект первичного продукта гена. Эмпирически установлено, например, что при целиакии (см. гл. 7) постоянные диспепсические явления провоцирует глютен. Для лечения этой болезни достаточно исключить из пищи продукты, содержащие клейковину.

Хотя селективное ограничение определенных веществ в пище широко используется для повышения эффективности лечения некоторых наследственных болезней обмена веществ, остается еще много нерешенных вопросов. Например, несмотря на 35-летний опыт лечения фенилкетонурии, еще не полностью определены оптимальные границы диеты, продолжительность курса лечения для детей, необходимость ограничения при менее тяжелых формах ферментативной недостаточности, принципы индивидуализации диеты. Диетическое ограничение должно проводиться под строгим биохимическим контролем обмена веществ.

Диетическое добавление применяется реже, чем ограничение, но этот прием также эффективен при патогенетическом лечении и вошел в практику лечения двух болезней обмена.

При синдроме Хартнапа в результате дефекта транспортной функции клеток слизистой оболочки кишечника возникает мальабсорбция триптофана. Биохимическим следствием этого становится отсутствие триптофана в крови, гипераминоацидоз, эндогенный дефицит никотиновой кислоты. У пациентов наблюдаются дерматологические, неврологические и психические проявления пеллагры. Симптомы болезни уменьшаются или даже исчезают при введении в рацион ребенка продуктов с высоким содержанием белка (4 г/кг в сутки) и добавлении никотинамида или никотиновой кислоты (по 40-200 мг 4 раза в сутки).

Особенно убедительный аргумент в пользу лечения наследственных болезней с помощью диетического добавления дает лечение гликогеноза III типа (амило-1,6-глюкозидазная недостаточность). Это заболевание сопровождается гепатоспленомегалией, гипогликемией натощак, прогрессирующей миопатией, мышечной атрофией, кардиомиопатией в результате нарушения аланиноглюкозного цикла (низкая концентрация аланина). Это приводит к распаду аминокислот в мышцах при глюконеогенезе. У большинства больных детей наступает улучшение, если белки обеспечивают 20-25% энергетической ценности пищи, а углеводы - не более 40-50%.

Усиленное выведение субстрата патологической реакции может осуществляться разными методами, которые снижают концентрацию токсичного субстрата. Полного освобождения от патологических продуктов обмена добиться трудно. Примером усиленного выведения субстрата является влияние хелатов при гепатолентикулярной дегенерации. Например, пеницилламин связывает, мобилизует и ускоряет выведение внутриклеточно накопленных ионов меди.

При гемоглобинопатиях необходимо усиленное выведение железа, чтобы не развивался гемосидероз паренхиматозных органов.

Применяемый для этих целей дефероксамин (десферал *) накапливает ферритины и освобождает организм от излишнего железа.

Можно эффективно применять и непрямые метаболические пути для выведения субстрата. Например, нормальный уровень мочевой кислоты в крови можно обеспечить выведением остаточного азота в форме не только мочевины, но и ее метаболитов. Такой прием применяется для лечения наследственных болезней, обусловленных многими энзимопатиями цикла мочевины. Подобные примеры известны и для других форм наследственных болезней обмена веществ.

Выше были приведены примеры усиленной элиминации субстратов с помощью лекарств. Этих же целей можно добиться с помощью физико-химических методов освобождения от накопленного в крови субстрата (плазмафереза и гемосорбции).

С помощью плазмафереза удаляется большой объем плазмы, содержащей токсичное вещество. Плазмаферез можно применять для освобождения крови от излишка липидов, жирных кислот, фитановой кислоты. Этот метод эффективно используется при лечении болезни Рефсума. Сделаны первые успешные попытки лечения плазмаферезом двух лизосомных болезней накопления - болезни Фабри и болезни Гоше.

Гемосорбция помогает селективно удалять вещества или классы веществ путем их связывания с родственными лигандами. Этот метод уже применяется для лечения семейной гиперхолестеринемии. В качестве лиганда для экстракорпорального связывания ЛПНП используют гепарин-агарозу, что, к сожалению, дает кратковременный эффект. Уровень холестерина возвращается к исходному через 3-7 сут после лечения.

Альтернативные пути обмена при лечении наследственных болезней приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1. Альтернативные пути обмена при лечении наследственных болезней

Указанный способ лечения во многом сходен с методами усиленного выведения субстрата. Разница заключается только в способах достижения цели: в одном случае усиленно выводится непосредственно субстрат, а в другом - субстрат сначала превращается в какое-то соединение, а затем это соединение удаляется.

Метаболическая ингибиция используется тогда, когда надо затормозить синтез накапливаемого при наследственной болезни субстрата или его предшественника. В качестве ингибиторов применяют разные физиологически активные соединения. Например, при синдроме Леша-Найхана и подагре используют аллопуринол, который ингибирует ксантиноксидазу, благодаря чему уменьшается концентрация мочевой кислоты в крови. Ципрофибрат ингибирует синтез

глицеридов и поэтому эффективно снижает концентрацию липидов у пациентов с гиперхолестеринемией (тип III). Стрихнин конкурирует в связывании глицина с рецепторами в ЦНС, что улучшает дыхательную и моторную функции, угнетение которых вызвано высоким содержанием глицина в спинномозговой жидкости при тяжелой некетоновой гиперглицинемии.

Коррекция обмена на уровне продукта гена

Этот подход применяется уже давно, поскольку во многих случаях в клинической медицине для некоторых болезней была установлена патогенетически ключевая роль отсутствия некоторых веществ (инсулина, гормонов роста, антигемофильного глобулина и др.).

Возмещение продукта (или добавление) с целью коррекции обмена применяется при таких нарушениях, патогенез которых обусловлен аномальным ферментом, не обеспечивающим выработку продукта, или другим биологически активным соединением.

Примеров эффективных подходов к «исправлению» наследственных нарушений обмена путем возмещения продукта уже много: введение необходимых стероидов при врожденной гиперплазии надпочечников, тироксина при гипотиреоидизме, гормона роста при гипофизарной карликовости, уридина при оротовой ацидурии. К сожалению, пока еще нет примеров возмещения внутриклеточных белков, хотя попытки в этом направлении предпринимались (например, при лечении лизосомных болезней).

Подобные примеры известны не только для нарушений обмена, но и для других наследственных болезней. Так, введение антигемофильного глобулина предупреждает кровоточивость при гемофилии, γ-глобулин помогает при агаммаглобулинемии, инсулин - при диабете.

При энтеропатическом акродерматите развивается недостаточность цинка из-за дефекта цинксвязывающего фактора в кишечнике. В этом случае состояние больных одинаково улучшают и введение грудного молока, содержащего цинксвязывающий фактор, и прием препаратов цинка внутрь. Как только концентрация цинка в крови достигает нормального уровня, состояние больных сразу улучшается.

Для лечения по принципу возмещения продукта надо знать тонкие механизмы патогенеза и вмешиваться в эти механизмы (возмещать продукт) осторожно и внимательно. Так, предварительные попытки лечения болезни Менкеса путем возмещения меди не при-

вели к успеху, хотя концентрация меди и церулоплазмина в крови больных достигала нормального уровня. Оказалось, что дефект при данной болезни обусловлен нарушением регуляции синтеза медьсвязывающего белка, обеспечивающего внутриклеточное содержание меди. По этой причине препараты меди не улучшали состояние больных.

Необходимость знания тонких механизмов обмена для лечения можно показать на примере сцепленной с Х-хромосомой гипофосфатемии. При этом заболевании первичный почечный дефект всасывания фосфата ведет к нарушению (снижению) минерализации костей (рахит) и гипокальциемии. Прием внутрь фосфата и 1,25- дигидроксихолекальциферола улучшает минерализацию костей и уменьшает гипокальциемию, но не изменяет первичного дефекта потери фосфата с мочой. В связи с этим имеется большая опасность возникновения гиперкальциемии, а значит, в процессе лечения надо контролировать содержание кальция в крови.

В целом можно ожидать дальнейших сдвигов в патогенетическом лечении путем возмещения продуктов (белков, гормонов) в связи с успехами физико-химической биологии, генной инженерии и биотехнологии. Генно-инженерными методами уже получают специфические белки и гормоны человека, необходимые для восполнения нарушенного звена обмена при лечении наследственных болезней (инсулин, соматотропин, ИФН и др.).

Хорошо известны успехи в получении и разведении трансгенных лабораторных животных. Хотя технически создание трансгенных сельскохозяйственных животных намного труднее, чем лабораторных, это решаемая задача. От крупных животных можно получить большое количество белка. Трансгенных животных, чьи клетки производят нужные белки, можно называть биореакторами. От них можно получать потомство, т.е. возможно воспроизводство из поколения в поколение.

Создание трансгенных животных начинается со сшивки двух генов, каждый из которых клонирован отдельно. Один ген кодирует нужный белок, другой взят из железы или другого органа, который будет производить этот белок. Например, если белок продуцируется с молоком, то специфическими органными генами будут гены из молочной железы.

Гибридная ДНК инъецируется в оплодотворенную яйцеклетку или в эмбрион. Примерно в 1-5% случаев ДНК встраивается

Рис. 10.3. Трансгенная свинья, которая продуцирует гемоглобин человека

Рис. 10.4. Трансгенный бык с геном человеческого лактоферрина. От него получены телята с таким же геном

в геном. Все яйцеклетки подсаживают в матку самок, а родившихся животных проверяют на присутствие гибридного гена. От животного-основателя получают потомство и таким образом создают стадо.

Один из примеров живых биореакторов - свинья, продуцирующая человеческий гемоглобин (рис. 10.3). Она «сконструирована» в 1991 г. Около 15% эритроцитов свиньи содержат человеческий гемоглобин. Его

можно отделить от свиного гемоглобина с помощью препаративных методов. Такой гемоглобин не содержит вирусы человека, хотя в отдельных случаях не исключаются аллергические реакции.

Другим трансгенным животным стала корова, которая производит человеческий лактоферрин, выделяемый с молоком. В результате подсадки трансгенной яйцеклетки родился бык (рис. 10.4), ставший отцом многих трансгенных телок, в последующем производящих лактоферрин с молоком.

Рис. 10.5. Трансгенная коза, в молоке которой содержится плазминогенный активатор (тромболитический фермент)

Получены и другие трансгенные животные. Трансгенная коза (рис. 10.5) выделяет с молоком активатор плазминогена, который растворяет тромбы, трансгенные кролики - фермент α-глюкозидазу для лечения болезни Помпе, трансгенные куры несут яйца с человеческими антителами.

В последние годы отечественные ученые разработали менее долгий и недорогой способ трансгеноза органов-мишеней. Необходимый ген вводят не в яйцеклетку, а непосредственно в молочную железу. Трансген у таких животных присутствует только в вымени. Получены соматические трансгенные коровы, свиньи и козы, служащие биореакторами для фармацевтической промышленности.

Коррекция обмена на уровне ферментов

Многоступенчатый путь превращения субстрата в процессе обмена осуществляется с помощью соответствующих ферментов. Большая группа наследственных болезней обусловлена мутациями в генах, детерминирующих синтез ферментов (энзимопатии). Вмешательство в развитие болезни (коррекция) на уровне фермента является примером патогенетического лечения первичных этапов, т.е. приближающегося к этиотропному лечению. Этот вид лечения применяется для коррекции наследственных болезней обмена веществ, при которых известен функционально аномальный фермент. Для такого лечения можно вводить кофактор или индуцировать (угнетать) синтез фермента с помощью лекарств либо возмещать недостаток фермента.

Введение кофактора используется при многих наследственных болезнях. Как известно, некоторые врожденные аномалии обмена связаны с нарушением синтеза или транспортировки специфических кофакторов, что изменяет нормальную каталитическую активность фермента. В этих случаях добавление соответствующего кофактора повышает активность фермента и в значительной мере исправляет метаболический дефект. Показано, что при витаминозависимых состояниях повышение остаточной активности мутантных ферментных комплексов обеспечивает не только биохимическое, но и клиническое улучшение состояния. Известны многочисленные примеры лечения наследственных болезней путем добавления кофакторов, далеко не исчерпывающая классификация которых представлена в табл. 10.2.

Таблица 10.2. Нарушения обмена, при лечении которых добавляют кофактор

Из таблицы 10.2 видно, что при лечении наследственных болезней один и тот же кофактор может выполнять разные функции. По-видимому, будет перспективным введение кофактора для внутриутробного лечения плода (как в случае β-зависимой метилмалоновой ацидемии).

Модификация ферментативной активности

Это уже сложившийся подход при лечении наследственных болезней обмена. Стратегия такого лечения отражена в табл. 10.3, в которой приведены отдельные примеры.

Таблица 10.3. Лечение наследственных болезней путем модификации ферментативной активности

Окончание таблицы 10.3

Индукцию синтеза фермента можно использовать для повышения остаточной ферментативной активности путем введения лекарств. Например, фенобарбитал и родственные ему препараты стимулируют функцию эндоплазматического ретикулума и синтез специфичных для него ферментов. В связи с этим фенобарбитал применяют для лечения синдромов Жильбера и Криглера-Найяра. При этом снижается уровень билирубина в плазме крови. Такой подход имеет определенное значение при болезнях, обусловленных недостаточной продукцией ферментов, вырабатываемых в эндоплазматическом ретикулуме.

Индукция синтеза ферментов с помощью даназола (дериват этинилтестостерона) применена для лечения недостаточности α 1 -антитрипсина и ангионевротического отека. При недостаточности α 1 -антитрипсина применение даназола в течение 30 дней существенно повышает уровень этого белка в сыворотке. Таким образом, данный метод можно использовать для предупреждения легочных осложнений.

Ангионевротический отек сопровождается снижением количества функционально активного сывороточного ингибитора эстеразы С на 50%. Применение андрогенов повышает в 3-5 раз уровень ингибитора эстеразы. Профилактический прием внутрь даназола снижает или предупреждает острый ангионевротический отек, оказывает минимальную вирилизацию и связан с наименьшей токсичностью для печени.

Подавление синтеза фермента используют для лечения острых порфирий, биохимическая основа которых заключается в повышенной выработке аминолевулинатсинтетазы. Гематин подавляет синтез этого фермента и быстро снимает острые приступы порфирии.

Возмещение фермента

Успехи современной энзимологии позволяют выделить этот раздел в патогенетическом лечении наследственных болезней. Это вмешательство на уровне первичного белкового продукта гена. Современные методы позволяют получить такое количество активного фермента для экспериментальных и клинических целей, которое необходимо для его восполнения при определенных наследственных болезнях. Выше разбирались случаи возмещающей терапии: гормоны при эндокринопатиях, антигемофильный глобулин при гемофилии, γ-глобулин при агаммаглобулинемии. По такому же принципу точного соответствия недостающего продукта строится стратегия ферментотерапии.

Главный вопрос современных разработок в области ферментотерапии - это методы доставки фермента в клетки-мишени и субклеточные образования, вовлеченные в патологию обмена.

Рабочая гипотеза экзогенного введения фермента основывалась на том, что лизосомы часто являются местом патологического процесса и в то же время играют основную роль в клеточном метаболизме. Возможность доставки ферментов в лизосомы, сохранение их активности в клетке и взаимодействие с субстратом были проверены в опытах с культурами фибробластов, полученных от лиц с различными лизосомными болезнями накопления. Ферменты, введенные в культуральную среду, улучшали обмен соответствующего соединения. Такая коррекция продемонстрирована при различных гликосфинголипидозах, мукополисахаридозах, гликогенозах и гликопротеинозах. Опыты показали, что возможно возмещение фермента, который проникает внутрь клетки, достигает лизосом и нормализует превращение субстрата. Однако внутримышечное, внутривенное и внутритрахеальное введение ферментов, полученных из грибов или органов крупного рогатого скота, ослабленным больным с гликогенозом, мукополисахаридозами, метахроматической лейкодистрофией и болезнью Фабри не дало серьезных положительных результатов. Следовательно, в стратегии ферментотерапии надо было определить основные направления, которые в суммарном виде представлены ниже.

Возможность получения достаточного количества стабильных, неиммуногенных и стерильных ферментов с высокой специфической активностью.

Защита введенной активности от биотрансформации и иммунного надзора, а также доставка фермента в ткань-мишень и субклеточные образования, вовлеченные в патологический процесс.

Модельная проверка на млекопитающих для оценки и выбора наилучшей стратегии ферментотерапии.

Соответствующим образом запланированные и разрешенные биохимические и клинические испытания на больных.

В 70-х годах XX в. была показана возможность получения ферментов из тканей человека и разработаны системы наблюдения за судьбой ферментов в организме млекопитающих. Первые клинические испытания были проведены при различных лизосомных нарушениях. Это были GМ2-ганглиозидоз (β-гексозаминидаза А из мочи), гликогеноз II типа (плацентарная α-галактозидаза), болезнь Фабри (плацентарная α-галактозидаза), болезнь Гоше (плацентарная β-глюкозидаза). Перед клиническим испытанием было установлено, что высокоочищенные ферменты человека гидролизируют естественный субстрат. Проверка показала, что ферменты при внутривенном или подкожном введении обнаруживаются в печеночной ткани. При этом концентрация ферментов в крови уменьшается, а в печени повышается. Однако они не проникают в мозг из-за барьерных функций мозговых оболочек. Отсюда следует вывод о необходимости специфической доставки ферментов в клетки-мишени при каждой болезни. Их доставка в разные клеточные структуры может потребовать специфической очистки или какой-либо химической модификации фермента.

В разработке методов лечения наследственных болезней ферментами в первую очередь надо ориентироваться на патогенетические механизмы болезней: в каких клетках, каким путем и в какой форме откладывается субстрат реакции, с одной стороны, и каким путем фермент в норме достигает субстрата, каковы промежуточные стадии обмена - с другой. Именно вмешательство в патофизиологический механизм, ответственный за синтез, распределение и накопление субстрата, можно использовать с терапевтической целью: в одних случаях надо увеличить время циркуляции фермента в крови, в других - способствовать доставке фермента в строго определенные клетки.

Из анализа первичной клеточной патологии при различных лизосомных болезнях накопления видно, что даже близкие по сути заболевания отличаются друг от друга.

Первичный дефект локализуется в нейронах (сфинголипидозы, гликопротеинозы), в клетках ретикулоэндотелиальной системы (болезнь Нимана-Пика, болезнь Гоше), эндотелии, шванновских клетках, поперечно-полосатой мускулатуре.

Экспериментальные разработки в области ферментотерапии наследственных болезней позволили объективно оценивать захват молекул фермента рецепторами, гепатоцитами, клетками ретикулоэндотелиальной системы, фибробластами, клетками эндотелия сосудов и т.д. Это увеличило возможности направленных разработок лечения наследственных болезней, в первую очередь с использованием новых методов доставки ферментов к клеткам-мишеням в синтетических пузырьках-носителях или микрокапсулах-липосомах либо в естественных элементах - аутологичных эритроцитах. Такие методы доставки разрабатываются для лечения не только наследственных болезней, но и другой патологии. Направленная доставка лекарственных веществ в органы, ткани и клетки - актуальная проблема для медицины в целом.

Современные успехи физико-химической биологии позволяют создавать новые формы микроинкапсулированных ферментных препаратов (опосредованная доставка) или обеспечивать более полный захват циркулирующего в крови фермента рецепторами клетокмишеней (опосредованная рецепция).

Липосома представляет собой многослойный пузырек с чередующимися водными и липидными слоями. При формировании липосом можно изменять заряд стенки, их величину, число слоев. К мембране липосом можно пришить антитела к клеткам-мишеням, что обеспечит более точную доставку липосом. Липосомы, нагруженные ферментами, при различных путях введения хорошо захватываются клетками. Их липидная оболочка разрушается эндогенной липазой, а освободившийся фермент взаимодействует с субстратом.

Наряду с созданием искусственных носителей - липосом - разрабатывают методы нагрузки эритроцитов ферментами. При этом можно использовать гомологичные или даже аутологичные эритроциты. Нагрузка ферментами может осуществляться путем гипотонизации, или диализа, или с помощью хлорпромазининдуцированного эндоцитоза.

Перспективы лечения наследственных болезней возмещением ферментов зависят от успехов энзимологии, клеточной инженерии, физико-химической биологии. Новые подходы должны обеспечить выделение высокоочищенных ферментов из специфических тканей человека, введение их в активной форме в клетку путем опосредованной рецепции или опосредованной доставки, предупреждение биоинактивации, исключение иммунных реакций. Уже имеются подходы к решению каждой из этих задач, поэтому можно надеяться на еще более успешное развитие ферментотерапии наследственных болезней.

ХИРУРГИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ

Хирургическое лечение наследственных болезней занимает существенное место в системе медицинской помощи больным. Это связано с тем, что, во-первых, многие формы наследственной патологии сопровождаются морфогенетическими отклонениями, включая пороки развития. Во-вторых, расширение возможностей хирургической техники сделало доступными многие трудные операции. В-третьих, реанимация и интенсивная терапия сохраняют жизнь новорожденным с наследственными болезнями, а такие пациенты нуждаются в последующей хирургической помощи.

Хирургическая помощь больным с наследственной патологией в общем виде включает удаление, коррекцию, трансплантацию. Операции часто направлены на устранение симптомов болезни. Однако в некоторых случаях хирургическая помощь выходит за рамки симптоматического лечения, приближаясь по эффекту к патогенетическому лечению. Например, для изменения пути патологического превращения субстратов патологических реакций можно использовать хирургическое шунтирование. При гликогенозах I и III типов делают анастомоз между воротной и нижней полой венами. Это позволяет части глюкозы после всасывания в кишечнике обходить печень и не откладываться в ней в виде гликогена. Аналогичный обходной путь предложен при семейной гиперхолестеринемии (тип IIа) - анастомоз между тощей и подвздошной кишками. Это приводит к снижению всасывания холестерина.

Примерами общехирургических видов лечения могут быть операция по поводу наследственного полипоза толстой кишки (ее удаление), спленэктомия при гемоглобинопатиях, удаление глаза при

ретинобластоме, почки при опухоли Вильмса и др. В ряде случаев хирургическое лечение является частью комплексной терапии. Например, при муковисцидозе возможен мекониальный илеус у новорожденных, в процессе развития болезни встречается пневмоторакс. И то и другое устраняется хирургическим путем.

Большое место в лечении наследственных болезней занимает реконструктивная хирургия: при незаращении верхней губы, врожденных пороках сердца, атрезии отделов ЖКТ, гипоспадии, для коррекции костно-мышечной системы и т.д.

Трансплантация органов и тканей как метод лечения наследственных болезней все больше входит в практику. Аллотрансплантация может рассматриваться как передача нормальной генетической информации пациенту с нарушением обмена веществ. Такой подход предполагает пересадку клеток, тканей и органов, содержащих нормальную ДНК, для продукции активных ферментов или других продуктов гена у реципиента. Он особенно эффективен тогда, когда патологический процесс ограничен одним органом или тканью, которые и пересаживают.

Аллотрансплантация уже выполняется при разных наследственных болезнях и позволяет непрерывно восполнять недостаток фермента, гормона, иммунных функций или эффективно предохранять орган от функциональных нарушений, обусловленных мутацией структурного гена. В таблице 10.4 перечислены наследственные болезни, при которых применяется аллотрансплантация.

Таблица 10.4. Применение аллотрансплантации для патогенетического лечения наследственных болезней

Окончание таблицы 10.4

Современная трансплантология обладает большими возможностями, и ее успехи можно использовать в лечении наследственных болезней. Имеются многочисленные сообщения об успешных пересадках органов (костного мозга, вилочковой железы, печени плода, донорской печени, поджелудочной железы, селезенки и особенно почки) при упомянутых в табл. 10.4 состояниях. Трансплантация исправляет патологические механизмы наследственных нарушений.

Помимо пересадки органов разрабатываются методы пересадки клеток, функция которых занимает ключевое место в патогенезе наследственных нарушений обмена. Лечение стволовыми клетками будет рассмотрено ниже.

В заключение следует обратить внимание на огромные возможности хирургического лечения наследственных болезней, используемые еще не в полной мере. В этом плане весьма перспективны микрохирургия и эндоскопическая хирургия.

ЭТИОТРОПНОЕ ЛЕЧЕНИЕ: КЛЕТОЧНАЯ И ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ

Введение

Этиотропное лечение любых болезней оптимально, поскольку оно устраняет первопричину заболевания и в результате полностью его излечивает. Несмотря на успехи симптоматической и патогенетической терапии наследственных болезней, вопрос об их этиотропном лечении не снимается. Чем глубже будут знания в области теорети-

ческой биологии, тем чаще будет подниматься вопрос о радикальном лечении наследственных болезней.

Однако устранение причины наследственной болезни означает такие серьезные манипуляции с генетической информацией у человека, как доставка нормального гена в клетку, выключение мутантного гена, обратная мутация патологического аллеля. Эти задачи достаточно трудны даже при вмешательствах у простейших организмов. К тому же, чтобы провести этиотропное лечение какой-либо наследственной болезни, надо изменить структуру ДНК и не в одной клетке, а во многих функционирующих клетках (и только в функционирующих!). Прежде всего, для этого нужно знать, какое изменение произошло в гене в результате мутации, т.е. наследственная болезнь должна быть описана в химических формулах.

Сложности этиотропного лечения наследственных болезней очевидны, но уже имеются многочисленные возможности для их преодоления, создаваемые успешной расшифровкой генома человека и прогрессом молекулярной медицины.

Несколько принципиальных открытий в генетике и молекулярной биологии создали предпосылки для разработки и клинической проверки методов этиотропного лечения наследственных болезней (генная и клеточная терапия).

В экспериментах с РНК- и ДНК-содержащими вирусами опухолей (начало 1970-х годов) выявлена способность вирусов переносить гены в трансформированные клетки и сформулирована концепция использования вирусов как переносчиков генов, другими словами, концепция создания векторной системы (рекомбинантная ДНК). Успех, достигнутый в экспериментах с рекомбинантной ДНК, уже к середине 1970-х годов обеспечил почти неограниченные возможности в изоляции генов эукариот (в том числе и человека) и манипуляции с ними. В начале 80-х годов была доказана высокая эффективность переноса генов на основе векторных систем в клетки млекопитающих in vitro и in vivo.

Принципиальные вопросы генной терапии у человека решены. Во-первых, гены можно изолировать вместе с фланкирующими (пограничными) областями, содержащими в себе, по меньшей мере, важные регуляторные последовательности. Во-вторых, изолированные гены нетрудно встроить в чужеродные клетки. «Хирургия» трансплантации генов многообразна.

Условия генной терапии разрабатывались удивительно быстро. Первый протокол генной терапии у человека был составлен в 1987 г. и проверен в 1989 г., а с 1990 г. уже началась генная терапия больных.

Этиотропное лечение наследственных болезней может осуществляться на уровне клеток или генов. Организм больного должен получить дополнительную генетическую информацию, способную исправлять наследственный дефект, с геномом аллогенной клетки или в виде специально созданной генно-инженерной конструкции.

Под термином «клеточная терапия» понимают способ лечения путем трансплантации клеток. Пересаженные клетки сохраняют генотип донора, поэтому пересадку можно рассматривать как форму генотерапии, поскольку она приводит к изменению соматического генома. Генная терапия - способ лечения путем введения дополнительной генетической информации в клетки индивида на уровне ДНК или РНК (генно-инженерных конструкций) или путем изменения экспрессии генов.

В целом, к настоящему времени определились четыре направления этиотропного лечения:

Трансплантация аллогенных клеток (клеточная терапия);

Введение генно-инженерных конструкций в ткани больного (генная терапия);

Трансплантация трансгенных клеток с целевой генно-инженерной конструкцией (комбинированная терапия);

Изменение экспрессии генов (генная терапия).

Клеточная терапия

Трансплантация клеток или клеточная терапия - это в настоящее время часть бурно развивающейся регенеративной медицины. Применительно к лечению наследственных болезней речь идет о трансплантации аллогенных клеток, потому что аутологичная пересадка не изменяет мутантного генома клеток. Наиболее эффективных результатов клеточной терапии можно добиться при трансплантации стволовых клеток. Они обладают способностью размножаться в недифференцированном состоянии, а другая их часть дифференцируется в клетки патологически измененного органа, улучшая его функцию. Что такое стволовые клетки, где они находятся, каковы их разновидности и функции см. в книге «Биология стволовых клеток и клеточные технологии в 2 т.» под ред. М.А. Пальцева.

Источники стволовых клеток представлены в табл. 10.5.

Таблица 10.5. Типы стволовых клеток, применяемых для лечения наслед ственных болезней

Первым по времени применения и объему проведенных клеточных трансплантаций является костный мозг и полученные при его культивировании гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки. В конце 60-х годов прошлого века впервые для лечения первичных иммунодефицитов применили трансплантацию костного мозга. В последние годы в качестве источника гемопоэтических стволовых и мезенхимальных стромальных клеток используется и пуповинная кровь.

Печень эмбрионов - хороший источник стволовых клеток печеночной и непеченочной (после культивирования) дифференцировки. Клеточная фракция эмбриональной печени после трансплантации в организм реципиента выполняет функции печени, что особенно важно в экстренных случаях поражения печени.

Поперечно-полосатые мышцы в культуре образуют миобласты, миоциты, мезангиобласты, которые обладают способностью к самовоспроизведению и дифференцировке в обратном направлении в поперечно-полосатые мышечные клетки.

Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток применяется как эффективная терапия наследственных болезней обмена, главным образом лизосомных болезней накопления и пероксисомных. Всего в мире сделано около 1000 трансплантаций при более чем 20 болезнях. Лечение трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток при

наследственных болезнях обмена основано на выработке недостающих в организме ферментов за счет функционирования донорских клеток. Из всех клинических проколов по более чем 20 болезням только по трем формам получены убедительные результаты, позволяющие рекомендовать трансплантацию таких клеток как метод лечения. Это синдром Гурлер, Х-сцепленная адренолейкодистрофия и болезнь Краббе (глобоидноклеточная лейкодистрофия). Для этих форм отработаны условия кондиционирования, претрансплантационная терапия, строгие показания, возраст детей.

Большой раздел в клеточной терапии занимают болезни крови и кроветворных органов, ассоциированных с недостаточностью продуктов костного мозга. Важнейшим условием является подбор доноров по HLA-антигенам, чтобы снизить реакцию «трансплантат против хозяина». Не останавливаясь на технической стороне клеточной терапии, перечислим болезни, которые уже лечат гемопоэтическими стволовыми клетками. При этом не исключаются другие виды лечения. Трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток используют при лечении следующих болезней: анемии Фанкони, первичных иммунодефицитов, гемоглобинопатий. Переливание моноцитарных фракций костного мозга дает худшие результаты из-за большей антигенности зрелых клеток по сравнению с гемопоэтическими стволовыми.

Более 15 лет назад клеточная терапия была применена для лечения наследственных заболеваний костей - ахондроплазии и несовершенного остеогенеза. Трансплантировали мезенхимальные стромальные клетки, полученные из костного мозга. Лечение было направлено на усиление роста костей. И действительно, применение мезенхимальных стромальных клеток давало эффект ускоренного удлинения костей при дистракционном остеогенезе при ахондроплазии и существенное прибавление в росте у больных с несовершенным остеогенезом.

Для клеточной терапии заболеваний нервной системы имеется много источников стволовых клеток: из нервной системы, жировой ткани, костного мозга и др. Мезенхимальные стромальные клетки костного мозга могут дифференцироваться в нейтральные стволовые клетки. Хотя и проводятся многочисленные экспериментальные разработки, обосновываются новые подходы, проверяются новые клинические протоколы лечения больных стволовыми клетками таких сложных по патогенезу болезней, как болезнь Альцгеймера, хорея Гентингтона, болезнь Паркинсона, миопатия Дюшенна, пока одно-

значных результатов лечения не получено. Все клинические протоколы клеточной терапии нервной системы являются первичными проверками на токсичность и биобезопасность.

Эффективность лечения стволовыми клетками, как правило, невысокая, и терапевтический эффект сохраняется лишь первые 6 мес, поэтому клеточная терапия должна рассматриваться как дополнительный, а не основной метод лечения. Важным методом лечения является сочетание клеточной терапии с лекарственной, особенно ферментативной, для наследственных болезней обмена. Впереди еще много работы по доведению первых результатов до эффективных и безопасных методов лечения. Несмотря на многочисленные клинические исследования клеточной терапии, утвержденных протоколов лечения для конкретных нозологических форм еще нет (тип клеток, количество, способ введения клеток, сроки повторного введения).

Генная терапия

Генная терапия путем введения генно-инженерных конструкций в клетки и ткани больного (трансгеноз in vivo) может стимулировать рост ткани, функцию органа. В этом типе терапии создаются функционально способные генетические конструкции (генетический вектор) в лабораторных условиях. Эти конструкции должны включать целевой ген (или его главную часть), вектор, промотор

(рис. 10.6).

Рис. 10.6. Карта генетической конструкции (плазмиды pAng1) с геном ангиогенина. Обозначения: Ang - кДНК гена ангиогенина; PrCMV - немедленно ранний промотор/энхан- сер цитомегаловируса; PrSV40 - ранний промотор/ориджин вируса SV40; BGH polyA - сигнал полиаденилирования гена гормона роста быка; SV40 polyA - поздний сигнал полиаденилирования вируса SV40; neo r - ген устойчивости к неомицину; amp r - ген устойчивости к ампициллину; ori - ориджин репликации (f1 - фага f1; ColE1 - плазмиды ColE1)

Генная терапия в представленном виде испытывалась главным образом для лечения сердечнососудистых заболеваний: ишемической болезни сердца и хронической ишемии нижних конечностей.

Хотя ангиогенез осуществляется целой группой генов (около

12), выбраны два наиболее критичных целевых гена для проверки эффективности генной терапии. При ишемической болезни сердца (в остром и хроническом состояниях) применяли введение гена VEGF (эндотелиального фактора роста сосудов).

Генный препарат на основе плазмидной конструкции, содержащий ген VEGF165 человека, вводится на заключительном этапе операций (аортокоронарного шунтирования, трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации, миниинвазивной реваскуляризации миокарда) в зону, нуждающуюся в неоангиогенезе. У всех больных зарегистрировали клиническое улучшение: отмечен переход в более благоприятный класс стенокардии напряжения, снизилась доза применяемых нитропрепаратов; проба с физической нагрузкой выявляла возрастание порога толерантности; все больные отмечали улучшение качества жизни. При сцинтиграфии отмечалось уменьшение общей площади, а также выраженности дефектов накопления радиофармпрепарата по сравнению с дооперационной картиной.

Проведено лечение нескольких тысяч больных с ишемической болезнью сердца на разных стадиях. Процедура введения генетических конструкций в миокард безопасна. Положительный эффект генотерапии отмечается в большинстве клинических исследований, но он небольшой (8-10%).

Терапевтический ангиогенез в лечении критической ишемии нижних конечностей осуществлялся разными авторами с помощью введения в мышцы голени и бедра нативной ДНК, кодирующей белок VEGF, ген FGF (фактора роста фибробластов), рекомбинантные конструкции на основе разных аденовирусов с геном ангиогенина - ANG.

В нашем исследовании пациентам вводили генно-инженерные конструкции с геном ANG путем прямых внутримышечных инъекций в тибиальную группу мышц пораженной конечности троекратно в равных дозах (3х10 9 бляшкообразующих единиц) с интервалом 3 сут. Каждая процедура включала 4-5 прямых внутримышечных инъекций по 0,3-0,5 мл раствора, равномерно распределенных на площади 15-20х5-6 см. Результаты лечения оценивали через 6-24 мес.

В клинических наблюдениях во всех случаях отмечался положительный эффект: увеличился показатель времени (расстояния) безболевой ходьбы, увеличился показатель плечелодыжечного индекса, уменьшились или даже зажили трофические язвы, увеличилась перфузия мышц нижних конечностей.

Данные литературы и наши наблюдения свидетельствуют о том, что позитивный эффект сохраняется в течение 6-18 мес, после чего возникает потребность в повторных инъекциях препарата. Таким образом, генно-инженерные конструкции, содержащие гены ANG и VEGF, способствуют выработке факторов неоангиогенеза и стимулируют рост кровеносных сосудов в ишемизированных тканях. О состоянии, проблемах и перспективах генной терапии см. в одноименной статье А.В. Киселева с соавт. на компакт-диске.

Лечение трансгенными клетками

Лечение трансгенными клетками с целевой генно-инженерной конструкцией может быть названо комбинированной терапией. Для осуществления этого типа клеточно-генной терапии необходимо осуществить введение целевого гена в клетку. Такая комбинация сочетает свойства клеточного вектора, генной функции и эффект клеточной терапии.

Трансгеноз (перенос генетического материала) in vitro направлен на соматические клетки-мишени, заранее выделенные из организма (например, резецированная печень, культура лимфоцитов, костный мозг, культура фибробластов, опухолевые клетки). Для введения ДНК в клетки млекопитающих уже опробованы многие подходы: химические (микропреципитаты фосфата кальция, DEAE-декстран, диметилсульфоксид); слияние клеток (микроклеток, протопластов); физические (микроинъекции, электропорация, лазерная микроинъекция); вирусные (ретровирусы, аденовирусы, аденоассоциированные вирусы). Многие невирусные методы малоэффективны (за исключением электропорации и лазерной микроинъекции). Наиболее эффективными переносчиками ДНК в клетки являются «природные шприцы» - вирусы.

Процедура трансгеноза клеток должна заканчиваться проверкой ее успешности. Трансгеноз можно считать успешным, если не менее 5% всех обработанных клеток будут иметь введенный генетический материал.

Конечная процедура генной терапии через трансгеноз соматических клеток in vitro - это реимплантация трансгенных клетокмишеней. Она может быть органотропной (печеночные клетки вводят через воротную вену) или эктопической (клетки костного мозга вводят через периферическую вену).

Клеточно-генная терапия была принята в клинической практике быстрее, чем можно было ожидать. Варианты ее применения можно показать на примере трех болезней.

Недостаточность ADA. Девочка 4 лет (США) страдала редкой наследственной болезнью - первичным иммунодефицитом (тяжелая комбинированная форма), обусловленным мутацией в гене ADA. Все 4 года девочка жила в стерильном боксе. (Пациенты с этим заболеванием не переносят никаких контактов с любой инфекцией из-за тотального отсутствия иммунитета.)

Лимфоциты больной заранее были отделены от остальных элементов крови, Т-лимфоциты стимулированы к росту. Затем in vitro в них был введен ген ADA с помощью ретровирусного вектора. Приготовленные таким образом «генно-инженерные» лимфоциты были возвращены в кровоток.

Указанное событие произошло 14 сентября 1990 г., и эта дата считается днем рождения реальной генной терапии. С этого года стал выходить журнал «Генная терапия».

Из протокола клинического испытания стало ясно, что, во-первых, лимфоциты пациентов с тяжелым иммунодефицитом могут быть изолированы, выращены в лабораторных условиях, в них можно ввести ген, а затем возвратить в крово-

ток больного. Во-вторых, лечение больной было эффективно. Общее количество лимфоцитов возросло до нормального уровня, а количество ADA-белка в Т-клетках увеличилось до 25% нормы. В-третьих, в течение 6 мес перед очередным курсом лечения число «генно-инженерных» лимфоцитов и ADA-фермента в клетках оставалось постоянным. Из стерильного бокса девочку перевезли домой (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Первые две девочки, леченные методом генной терапии по поводу тяжелого комбинированного первичного иммунодефицита, обусловленного недостаточностью аденозиндезаминазы (ADA), примерно через 2,5 года после начала лечения

Выбор болезни для начала использования генотерапии был хорошо продуман. Ген ADA к этому времени был клонирован, имел средние размеры, хорошо встраивался в ретровирусные векторы. Ранее при трансплантации костного мозга при

недостаточности ADA было показано, что ключевую роль в болезни играют Т-лимфоциты. Следовательно, на эти клетки-мишени должна быть направлена генотерапия. Важным моментом стало то, что функционирование иммунной системы возможно при уровне ADA-белка 5-10% контрольного. Наконец, АDА -«генно-инженерные» Т-лимфоциты имели селективное преимущество перед исходными дефектными клетками.

Семейная гиперхолестеринемия. Рецепторы ЛПНП, играющих ключевую роль в обмене холестерина, синтезируются в клетках печени. Соответственно на гепатоциты (клетки-мишени) должна быть направлена генотерапия. Одна попытка такого лечения сделана в США у женщины 29 лет с резко выраженным атеросклерозом венечных артерий. Эффект предыдущего хирургического шунтирования уже сошел на нет. Брат больной умер от такой же болезни, не дожив до 30 лет. Генотерапия больной была проведена в несколько этапов.

Больной была сделана частичная (около 15%) гепатэктомия. Удаленную долю печени промыли раствором коллагеназы для разделения гепатоцитов. Получили около 6 млн гепатоцитов. Затем эти клетки выращивали в 800 культуральных чашках на питательной среде. Во время роста в культуре для включения нормального гена ЛПНП в качестве передающего агента использовали ретровирусный вектор. Трансгенные гепатоциты были собраны и введены пациентке через катетер в воротную вену (чтобы клетки достигли печени). Через несколько месяцев при биопсии печени обнаружили, что в некоторых клетках функционирует новый ген. Содержание ЛПНП в крови упало на 15-30%. Улучшение состояния больной позволило проводить лечение только лекарствами, снижающими уровень холестерина.

Рак. Необычайно быстрый прогресс в изучении генома человека и методов генной инженерии позволяет развивать генную терапию не только для моногенно наследуемых болезней, но и для таких многофакторных болезней, как рак. Генная терапия злокачественных новообразований уже начата, хотя на ее пути много трудностей, обусловленных необходимостью обеспечения селективности, специфичности, чувствительности и безопасности переноса генов. В настоящее время применяется следующая стратегия генотерапии рака: повышение иммуногенности опухоли путем вставки цитокиновых генов, генов, кодирующих главный комплекс гистосовместимости, лимфоцитарных лигандов; направленная доставка (векторирование) опухолевых цитокинов в клетки, которые в

пределах опухоли локально могут реализовать токсические эффекты (например, в лимфоциты, инфильтрующие опухоли); использование опухолеспецифических пролекарственных активаторов, т.е. вставка ферментативно пролекарственно-активирующих генов, сливающихся с промоторными системами, которые реализуются через дифференциально контролируемую (идеально опухолеспецифическую) транскрипцию; введение маркирующих генов, которые могут обеспечивать выявление минимально оставленных после операции или разрастающихся опухолей; искусственная репрессия функций генов путем вставки генов.

Небольшое число попыток генотерапии злокачественных опухолей связано с введением в клетки резецированной опухоли генов ИЛ-2 или ФНО. Затем эти клетки вводят подкожно в область бедра. Через 3 нед удаляют регионарный лимфатический узел (для места введения смеси трансгенных опухолевых клеток). Культивируют Т-лимфоциты, выделенные из этого узла. Кроме того, размножают лимфоциты из опухоли (инфильтрирующие опухоль). Пациенту вводят общую массу лимфоцитов, что обеспечивает иммунную реакцию на опухолевые клетки. Так лечили больных злокачественной меланомой, раком почки, запущенным раком разных органов.

Изменение экспрессии генов как метод лечения

Это направление генной терапии открылось для научных разработок в связи с прогрессом функциональной геномики как части генома человека, другими словами, с увеличением знаний об основах нормальной и патологической экспрессии генов. Изменения экспрессии генов можно достичь путем фармакологической модуляции или РНКинтерференции. На сегодня можно говорить о трех направлениях разработки методов лечения наследственных болезней путем изменения экспрессии генов: повышение экспрессии в гене, определяющим болезнь; повышение экспрессии в гене, не относящимся к болезни; уменьшение экспрессии продукта аномального доминантного гена. - При наследственном ангионевротическом отеке (аутосомнодоминантная болезнь) у больных непредвиденно развивается подслизистый и подкожный невротический отек. Обусловлено это недостаточной выработкой ингибитора эстеразы компонента комплемента С1. Из-за быстрой природы атак отека профилактически назначают лечение синтетическими андрогенами (даназолом). Андрогены значительно увеличивают количество

мРНК ингибитора С1 (возможно в нормальном и мутантном локусах). Частота серьезных приступов у больных резко уменьшается.

Терапия путем фармакологической модуляции экспрессии гена может быть направлена на увеличение экспрессии нормального гена с целью компенсации эффекта мутации в другом гене. Гипометилирование ДНК увеличивает количество фетального гемоглобина у взрослых. Увеличение уровня фетального гемоглобина (α2γ2) вполне адекватно для пациента с серповидноклеточной анемией, поскольку гемоглобин F (фетальный) является нормальным переносчиком кислорода и препятствует полимеризации гемоглобина S. Суть модуляции в следующем - метилирование промотора тормозится приемом аналога цитидина децитабином (5-аза-2"-деоксицитидин), который включается вместо цитидина. Блокада метилирования приводит к увеличению экспрессии гена γ-глобина и доли гемоглобина F в крови. Такая комбинация, очевидно, окажется полезной и для лечения β-талассемии.

Уменьшения экспрессии доминантного гена можно достичь путем РНК-интерференции (информацию о малой интерферирующей РНК см. в гл. 1). При многих наследственных болезнях патологические изменения вызваны токсическими продуктами (белки при болезнях экспансии нестабильных повторов) или снижением вклада нормального белка (аномальный коллаген при несовершенном остеогенезе). Патогенетически ясно, что надо уменьшить объем синтеза мутантного белка без нарушения синтеза белка с нормального аллеля. Эта цель может быть достигнута РНК-интерференцией. Цепи коротких РНК связываются с целевой РНК и вызывают их распад. Ориентируясь на быстрый прогресс в изучении малых РНК (малых интерферирующих РНК), можно надеяться на большой потенциал этой технологии для лечения наследственных болезней, хотя РНКинтерференционная терапия находится еще на раннем этапе развития.

Риски клеточной и генной терапии

Как видно из приведенных выше примеров, эра генотерапии человека уже началась. Определены принципы и методические подходы генотерапии, отобраны болезни, потенциально подлежащие этому

лечению. Работа продолжается одновременно в разных странах и в различных направлениях. Уже очевидно, что генотерапия будет применяться для лечения не только наследственных и сердечнососудистых болезней, но и злокачественных опухолей и хронических вирусных инфекций.

Вместе с тем необходимо отметить, что применять эти методы надо крайне осторожно (это относится именно к применению, а не к разработке!). Это особенно важно при лечении наследственных болезней (особенно расширенном), даже если будут еще более решительные прорывы в способах доставки генов в клетки-мишени. Необходимо внимательно наблюдать за отдельными результатами лечения и строго соблюдать этические и деонтологические принципы.

Три типа рисков клеточной и генной терапии уже обозначились.

Неблагоприятный ответ на вектор или комбинацию вектор/ болезнь. По крайней мере, один пациент погиб из-за патологического иммунного ответа на введенный ген с аденовирусным вектором. Вывод из этого случая уже сделан - при выборе вектора необходимо учитывать патофизиологические характеристики наследственного заболевания.

Инсерционный мутагенез, приводящий к злокачественным новообразованиям. Существует вероятность, что переданные клетка или ген (неважно - в чистом виде или с трансгенной клеткой) может активизировать протоонкогены или нарушить супрессоры опухолевого роста. Непредвиденный ранее механизм онкогенеза был обнаружен у некоторых пациентов после генотерапии Х-сцепленного комбинированного иммунодефицита. Перенос гена у этих больных содействовал развитию лимфопролиферативного заболевания.

Онкологический риск при клеточной терапии в связи с генетической нестабильностью клеточных трансплантатов, в культуре которых нередко возникают аномальные хромосомные клоны.

Все типы рисков могут быть сведены к минимуму при правильной проверке методов на безопасность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, лечение наследственных болезней - необычайно трудная задача, не всегда эффективно решаемая. Несмотря на это, оно должно быть постоянным и настойчивым. Нестойкость, а часто и недо-

статочная выраженность эффектов терапии не означают отказа от ее постоянного проведения не только с клинической точки зрения, но и по деонтологическим соображениям. При этом следует принимать во внимание две особенности лечения наследственных болезней:

Необходимость долговременного контроля лечения;

Исходная диагностическая точность до назначения лечения в связи с генетической гетерогенностью наследственных болезней.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА И ПОНЯТИЯ

Виды симптоматического лечения Генная терапия (общая схема)

Генная терапия злокачественных новообразований Генная терапия моногенных болезней (примеры) Евфеника

Концепция вырождающихся семей Коррекция обмена на уровне продукта Коррекция обмена на уровне субстрата Клеточная терапия Стволовые клетки Негативная евгеника

Примеры лекарственного симптоматического лечения

Принципы патогенетического лечения

Трансгеноз

Ферментотерапия наследственных болезней Хирургические методы лечения

Биология стволовых клеток и клеточные технологии: в 2 т. / под ред. М.А. Пальцева. - М.: Медицина, 2009. - 728 с.

Долгих М.С. Возможности генной терапии, ее методы, объекты и перспективы // Успехи современной биологии. - Т. 124. - № 2. -

С. 123-143.

Марахонов А.В., Баранова А.В., Скоблов М.Ю. РНК-интерференция: фундаментальные и прикладные аспекты // Медицинская генетика. - 2008. - № 10. - С. 44-55.

«У вашего ребенка генетическое заболевание» - звучит как приговор. Но очень часто врачи-генетики могут существенно помочь больному ребенку, а некоторые заболевания даже полностью скомпенсировать. О современных возможностях лечения рассказывает врач-невролог-генетик Медицинского центра «Покровский» ПБСК Булатникова Мария Алексеевна.

Как часто встречаются генетические болезни?

По мере распространения молекулярной диагностики обнаружилось, что количество генетических заболеваний гораздо больше, чем предполагалось ранее. Многие болезни сердца, пороки развития, неврологические отклонения, как оказалось, имеют генетическую причину. В данном случае я говорю именно о генетических болезнях (не предрасположенностях), т. е. состояниях, вызванных мутацией (поломкой) в одном или нескольких генах. По данным статистики, в США до трети неврологических пациентов находятся в больницах в результате генетических нарушений. К таким выводам привело не только бурное развитие молекулярной генетики и возможностей генетического анализа, но и появление новых методов нейровизуализации, например МРТ. С помощью МРТ можно определить поражение какой области мозга ведет к нарушению, возникшему у ребенка, и часто при подозрении на родовую травму мы обнаруживаем изменения в структурах, которые не могли пострадать в родах, тогда и возникает предположение о генетической природе заболевания, о неправильном формировании органов. По результатам последних исследований, влияние даже тяжёлых родов при ненарушенной генетике удается компенсировать в течение первых лет жизни.

Что дают знания о генетической природе заболевания?

Знание генетических причин заболевания далеко не бесполезно - это не приговор, а способ найти правильный путь лечения и коррекции нарушения. Очень многие заболевания сегодня лечатся и успешно, для других генетики могут предложить более эффективные способы терапии, которые существенно улучшают качество жизни ребенка. Конечно, есть и такие нарушения, которые пока врачи победить не могут, но наука не стоит на месте, и каждый день появляются новые методы лечения.

В моей практике был один очень характерный случай. Ребенок 11 лет обратился за консультацией невролога по поводу ДЦП. При осмотре и опросе родных появились подозрения на генетическую природу заболевания, что и подтвердилось. К счастью для данного ребенка, выявленное заболевание лечится даже в таком возрасте, и с помощью изменения тактики лечения удалось добиться существенного улучшения состояния ребенка.

В настоящее время количество генетических заболеваний, проявления которых удается компенсировать, непрерывно растёт. Самый известный пример - фенилкетонурия. Она проявляется задержкой развития, олигофренией. При своевременном назначении диеты без фенилаланина ребёнок вырастает совершенно здоровым, а после 20 лет строгость диеты можно будет снизить. (Если вы рожаете в роддоме или медицинском центре, то анализ на наличие фенилкетонурии вашему ребёнку проведут в первые дни жизни).

Количество таких заболеваний существенно возросло. К группе болезней обмена также относится лейциноз. При этом заболевании лечение должно быть назначено в течение первых месяцев жизни (очень важно не опоздать), поскольку ядовитые продукты нарушенного обмена веществ приводят к более быстрому повреждению нервной ткани, чем при фенилкетонурии. К сожалению, если заболевание определяется в возрасте от трех месяцев, полностью компенсировать его проявления невозможно, но улучшить качество жизни ребенка удастся. Конечно, хотелось бы, чтобы и это заболевание было включено в программу скрининга.

Причиной неврологических расстройств часто являются достаточно разнородные генетические поражения, именно потому, что их множество, так трудно создать программу скрининга по своевременному выявлению всех известных заболеваний.

К ним относятся такие болезни, как болезнь Помпе, Гровера, Фелидбахера, синдром Ретта и др. Много случаев более легкого течения заболевания.

Понимание генетической природы заболевания позволяет направить лечение на причину расстройств, а не только на их компенсацию, что во многих случаях позволяет добиться серьёзных успехов и даже вылечить малыша.

Какие симптомы могут свидетельствовать о генетической природе заболевания?

В первую очередь, это задержка развития ребенка, в том числе внутриутробная (от 50 до 70% по некоторым оценкам), миопатии, аутизм, не поддающиеся лечению эпилептические приступы, любые пороки развития внутренних органов. Причиной ДЦП также могут являться генетические нарушения, обычно в таких случаях врачи говорят о нетипичном течении заболевания. Если ваш врач рекомендует пройти генетическое обследование – не откладывайте его, в данном случае время очень дорого. Замершие беременности, привычные выкидыши, в том числе у родственников, также могут свидетельствовать о возможности генетических аномалий. Очень обидно, когда заболевание определяется слишком поздно и уже не поддается коррекции.

Если болезнь не лечится, нужно ли родителям о ней знать?

Знание о генетической природе заболевания у ребенка позволяет избежать появления других больных детей в этой семье. Это, наверное, основная причина, по которой стоит пройти генетическое консультирование еще на этапе планирования беременности, если один из детей имеет пороки развития или тяжёлые заболевания. Современная наука позволяет провести как пренатальную, так и доимплантационную генетическую диагностику, при наличии информации о болезни, риск возникновения которой имеется. На данном этапе проверить на все возможные генетические заболевания сразу нет возможности. Даже здоровые семьи, в которых оба родителя ни о каких болезнях и не слышали, не застрахованы от появления детей с генетическими аномалиями. Рецессивные гены могут передаваться через десятки поколений и именно в вашей паре встретить свою половину (см. рисунок).

Обращаться к генетику нужно всегда?

Проходить генетическое обследование нужно по наличию проблемы, если есть подозрения у вас или у вашего врача. Не надо обследовать здорового ребенка на всякий случай. Многие говорят, что проходили все скрининги во время беременности и все было в порядке, а тут… В данном случае нужно понимать, что скрининговые обследования направлены на выявление (и очень эффективное) самых часто встречающихся генетических заболеваний - болезней Дауна, Патау и Эдвардса, мутации в отдельных генах, о которых шла речь выше, при таком обследовании не определяются.

В чем преимущество вашего центра?

У каждого генетического центра своя специализация, скорее специализация врачей, работающих в нем. Я, например, детский невролог по первому образованию. Также у нас принимает генетик, специализирующийся на проблемах беременности. Преимущество платного центра - возможность врача больше времени уделить своему пациенту (приём длится два часа, а поиск решения проблемы обычно продолжается и после). Не нужно боятся генетика, это просто специалист, который может поставить диагноз, позволяющий вылечить казавшееся безнадёжным заболевание.

«Журнал о здоровье для будущих родителей», № 3 (7), 2014

Миодистрофия Дюшенна — одно из нечасто встречающихся, но все же относительно распространенных генетических заболеваний. Болезнь диагностируется в трех-пятилетнем возрасте, обычно у мальчиков, проявляясь поначалу лишь в затрудненных движениях, к десяти годам страдающий такой миодистрофией уже не может ходить, к 20−22 годам его жизнь заканчивается. Она вызвана мутацией гена дистрофина, который находится в Х-хромосоме. Он кодирует белок, соединяющий мембрану мышечной клетки с сократительными волокнами. Функционально это своеобразная пружина, обеспечивающая плавное сокращение и целостность клеточной мембраны. Мутации в гене приводят к дистрофии скелетных мышечных тканей, диафрагмы и сердца. Лечение заболевания носит паллиативный характер и позволяет лишь немного облегчить страдания. Однако с развитием генной инженерии появился свет в конце тоннеля.

О войне и мире

Генная терапия — это доставка внутрь клетки конструкций на основе нуклеиновых кислот для лечения генетических заболеваний. С помощью такой терапии можно исправить генетическую проблему на уровне ДНК и РНК, меняя процесс экспрессии нужного белка. Например, в клетку можно доставить ДНК с исправленной последовательностью, с которой синтезируется функциональный белок. Или, напротив, возможны удаления определенных генетических последовательностей, что также поможет уменьшить вредные последствия мутации. В теории это просто, однако на практике генная терапия базируется на сложнейших технологиях работы с объектами микромира и представляет собой совокупность передовых ноу-хау в области молекулярной биологии.

Инъекция ДНК в пронуклеус зиготы — одна из самых ранних и наиболее традиционных технологий создания трансгенов. Инъекция производится вручную с помощью сверхтонких игл под микроскопом с 400-кратным увеличением.

«Ген дистрофина, мутации которого порождают миодистрофию Дюшенна, огромный, — рассказывает директор по развитию биотехнологической компании «Марлин Биотех», кандидат биологических наук Вадим Жерновков. — Он включает в себя 2,5 млн пар нуклеотидов, что можно было бы сравнить с количеством букв в романе «Война и мир». И вот представим себе, что мы вырвали из эпопеи несколько каких-то важных страниц. Если на этих страницах описываются существенные события, то понимание книги было бы уже затруднено. Но с геном все сложнее. Найти другую копию «Войны и мира» несложно, и тогда недостающие страницы можно было бы прочитать. Но ген дистрофина находится в X-хромосоме, а у мужчин она одна. Таким образом, в половых хромосомах у мальчиков при рождении хранится лишь одна копия гена. Другую взять негде.

Наконец, при синтезе белка из РНК важно сохранение рамки считывания. Рамка считывания определяет, какая группа из трех нуклеотидов считывается как кодон, что соответствует одной аминокислоте в белке. Если произошло удаление в гене фрагмента ДНК, не кратное трем нуклеотидам, происходит сдвиг рамки считывания — кодировка изменяется. Это можно было бы сравнить с ситуацией, когда после вырванных страниц во всей оставшейся книге все буквы заменятся на следующие по алфавиту. Получится абракадабра. Вот то же самое происходит с неправильно синтезируемым белком».

Биомолекулярный пластырь

Один из эффективных методов генной терапии для восстановления нормального синтеза белка — пропуск экзонов с помощью коротких нуклеотидных последовательностей. В «Марлин Биотех» уже отработана технология работы с геном дистрофина с помощью такого метода. Как известно, в процессе транскрипции (синтеза РНК) сначала формируется так называемая прематричная РНК, заключающая в себе как кодирующие белок участки (экзоны), так и некодирующие (интроны). Далее начинается процесс сплайсинга, в ходе которого интроны и экзоны разъединяются и формируется «зрелая» РНК, состоящая только из экзонов. В этот момент некоторые экзоны можно заблокировать, «залепить» с помощью особых молекул. В итоге в зрелой РНК не окажется тех кодирующих участков, от которых мы предпочли бы избавиться, и таким образом восстановится рамка считывания, белок будет синтезироваться.

«Эту технологию мы отладили in vitro, — рассказывает Вадим Жерновков, то есть на клеточных культурах, выращенных из клеток пациентов с миодистрофией Дюшенна. Но отдельные клетки — это не организм. Вторгаясь в процессы клетки, мы должны наблюдать последствия вживую, однако привлечь к испытаниям людей не представляется возможным по разным причинам — от этических до организационных. Поэтому возникла необходимость получения модели миодистрофии Дюшенна с определенными мутациями на основе лабораторного животного».

Как уколоть микромир

Трансгенные животные — это полученные в лаборатории животные, в геном которых целенаправленно, осознанно внесены изменения. Еще в 70-е годы прошлого века стало понятно, что создание трансгенов — это важнейший метод исследования функций генов и белков. Одним из самых ранних методов получения полностью генно-модифицированного организма стала инъекция ДНК в пронуклеус («предшественник ядра») зигот оплодотворенных яйцеклеток. Это логично, так как модифицировать геном животного проще всего в самом начале его развития.

На схеме продемонстрирован процесс CRISPR/Cas9, в котором участвуют субгеномная РНК (sgRNA), ее участок, работающий как РНК-гид, а также белок-нуклеаза Cas9, который рассекает обе нити геномной ДНК в указанном РНК-гидом месте.

Инъекция в ядро зиготы — весьма нетривиальная процедура, ведь речь идет о микромасштабах. Яйцеклетка мыши имеет диаметр 100 мкм, а пронуклеус — 20 мкм. Операция происходит под микроскопом с 400-кратным увеличением, однако инъекция — это самая что ни на есть ручная работа. Разумеется, для «укола» применяется не традиционный шприц, а специальная стеклянная игла с полым каналом внутри, куда набирается генный материал. Один ее конец можно держать в руке, а другой — сверхтонкий и острый — практически не виден невооруженным глазом. Конечно, такая хрупкая конструкция из боросиликатного стекла не может храниться долго, поэтому в распоряжении лаборатории есть набор заготовок, которые непосредственно перед работой вытягиваются на специальном станке. Используется особая система контрастной визуализации клетки без окрашивания — вмешательство в пронуклеус само по себе травматично и является фактором риска для выживания клетки. Краска стала бы еще одним таким фактором. К счастью, яйцеклетки достаточно живучи, однако количество зигот, которые дают начало трансгенным животным, составляют лишь несколько процентов от общего числа яйцеклеток, в которые была сделана инъекция ДНК.

Следующий этап — хирургический. Проводится операция по трансплантации микроинъецированных зигот в воронку яйцевода мыши-реципиента, которая станет суррогатной матерью будущим трансгенам. Далее лабораторное животное естественным путем проходит цикл беременности, и на свет появляется потомство. Обычно в помете находится около 20% трансгенных мышат, что также говорит о несовершенстве метода, ибо в нем присутствует большой элемент случайности. При инъекции исследователь не может контролировать, как именно внедренные фрагменты ДНК встроятся в геном будущего организма. Высока вероятность таких комбинаций, которые приведут к гибели животного еще на эмбриональной стадии. Тем не менее метод работает и вполне годен для ряда научных целей.

Развитие трансгенных технологий позволяет производить животные белки, востребованные фармацевтической промышленностью. Эти белки экстрагируются из молока трансгенных коз и коров. Также есть технологии получения специфических белков из куриного яйца.

Ножницы для ДНК

Но есть более эффективный способ на основе целевого редактирования генома по технологии CRISPR/Cas9. «Сегодня молекулярная биология в чем-то подобна эпохе дальних морских экспедиций под парусами, — говорит Вадим Жерновков. — Практически каждый год в этой науке происходят значительные открытия, которые могут изменить нашу жизнь. Например, несколько лет назад микробиологи обнаружили у давно, казалось бы, изученного вида бактерий иммунитет к вирусным инфекциям. В результате дальнейших исследований выяснилось, что ДНК бактерий содержат в себе особые локусы (CRISPR), с которых синтезируются фрагменты РНК, умеющие комплементарно связываться с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов, например с ДНК или РНК вирусов. С такой РНК связывается белок Cas9, представляющий собой фермент-нуклеазу. РНК служит для Cas9 гидом, помечающим определенный участок ДНК, в котором нуклеаза совершает разрез. Примерно три-пять лет назад появились первые научные труды, в которых разрабатывалась технология CRISPR/Cas9 для редактирования генома».

Трансгенные мыши позволяют создавать живые модели тяжелых генетических заболеваний человека. Люди должны быть благодарны этим крохотным существам.

По сравнению со способом введения конструкции для случайного встраивания, новый метод позволяет подобрать элементы системы CRISPR/Cas9 таким образом, чтобы точно нацелить РНК-гиды на нужные участки генома и добиться целенаправленной делеции или вставки нужной последовательности ДНК. В этом методе тоже возможны ошибки (РНК-гид иногда соединяется не с тем участком, на который его нацеливают), однако при использовании CRISPR/Cas9 эффективность создания трансгенов составляет уже около 80%. «Этот метод имеет широкие перспективы, и не только для создания трансгенов, но и в других областях, в частности в генной терапии, — говорит Вадим Жерновков. — Однако технология находится только в начале пути, и представить себе, что в ближайшее время исправлять генный код людей будут с помощью CRISPR/Cas9, довольно сложно. Пока есть вероятность ошибки, есть и опасность, что человек лишится какой-то важной кодирующей части генома».

Молоко-лекарство

Российской компании «Марлин Биотех» удалось создать трансгенную мышь, в которой полностью воспроизведена мутация, приводящая к миодистрофии Дюшенна, и следующим этапом станут испытания технологий генной терапии. Вместе с тем создание моделей генетических заболеваний человека на основе лабораторных животных — не единственное возможное применение трансгенов. Так, в России и западных лабораториях ведутся работы в области биотехнологий, позволяющие получать важные для фарминдустрии лекарственные белки животного происхождения. В качестве продуцентов могут выступать коровы или козы, у которых можно изменять клеточный аппарат производства содержащихся в молоке белков. Из молока можно экстрагировать лекарственный белок, который получен не химическим способом, а с помощью природного механизма, что повысит эффективность лекарства. В настоящее время разработаны технологии получения таких лекарственных белков, как лактоферрин человека, проурокиназа, лизоцим, атрин, антитромбин и другие.