Новое исследование под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предполагает, что передовая технология редактирования генома может быть использована в качестве одноразового лечения редкого и смертельного генетического заболевания CD3-дельта, тяжелого комбинированного иммунодефицита.

Состояние, также известное как CD3-дельта SCID, вызвано мутацией в гене CD3D, которая препятствует выработке дельта-белка CD3, необходимого для нормального развития Т-клеток из стволовых клеток крови.

Без Т-клеток дети, рожденные с CD3-дельта SCID, неспособны бороться с инфекциями и, если их не лечить, часто умирают в течение первых двух лет жизни. В настоящее время трансплантация костного мозга является единственным доступным методом лечения, но эта процедура сопряжена со значительными рисками.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell , исследователи показали, что новый метод редактирования генома, называемый базовым редактированием, может исправить мутацию, вызывающую CD3-дельта SCID в стволовых клетках крови, и восстановить их способность продуцировать Т-клетки.

Потенциальная терапия является результатом сотрудничества лабораторий доктора Дональда Кона и доктора Гей Крукс, членов Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и ведущих авторов исследования.

Лаборатория Кона ранее разработала успешную генную терапию для некоторых недостатков иммунной системы, включая другие формы SCID. Он и его коллеги обратили внимание на CD3-дельта SCID по просьбе доктора Николы Райт, детского гематолога и иммунолога из Исследовательского института детской больницы Альберты в Канаде, которая обратилась в поисках лучшего варианта лечения для своих пациентов.

CD3 дельта SCID распространен среди меннонитов, которые мигрируют между Канадой и Мексикой. «Поскольку в Мексике новорожденных не проверяют на SCID, я часто вижу младенцев, которым поздно поставили диагноз и которые возвращаются в Канаду очень больными», — сказал Райт.

Когда Кон представил запрос Райта в свою лабораторию, Грейс Маколи, в то время научный сотрудник, присоединившаяся к лаборатории в конце последнего года обучения в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, выступила со смелой идеей.

«Грейс предложила попробовать базовое редактирование — очень новую технологию, которую моя лаборатория никогда раньше не пробовала», — сказал Кон, выдающийся профессор микробиологии, иммунологии, молекулярной генетики и педиатрии.

Базовое редактирование — это сверхточная форма редактирования генома, которая позволяет ученым исправлять однобуквенные мутации в ДНК. ДНК состоит из четырех химических оснований, которые обозначаются как A, T, C и G; эти основания соединяются вместе, образуя «ступеньки» в лестничной структуре двойной спирали ДНК.

В то время как другие платформы редактирования генов, такие как CRISPR-Cas9, разрезают обе нити хромосомы, чтобы внести изменения в ДНК, базовое редактирование химически изменяет одну базовую букву ДНК на другую — например, A на G — оставляя хромосому нетронутой.

«Вначале у меня была очень крутая кривая обучения, когда базовое редактирование просто не работало», — сказал Маколи, который сейчас получает степень доктора медицины. в Калифорнийском университете в Сан-Диего и является соавтором исследования. «Но я продолжал двигаться вперед. Моя цель состояла в том, чтобы помочь доставить эту терапию в клинику как можно быстрее».

Маколи обратился к Дэвиду Лю из Института Броуда, изобретателю базового редактирования, за советом о том, как оценить безопасность метода для этого конкретного использования. В конце концов, Маколи определил базового редактора, который очень эффективно исправлял вызывающую болезнь генетическую мутацию.

Поскольку это заболевание встречается крайне редко, получение стволовых клеток пациента для исследования в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе было серьезной проблемой. Проект получил импульс, когда Райт предоставил исследователям стволовые клетки крови, пожертвованные пациентом с CD3-дельта SCID, которому была проведена трансплантация костного мозга.

Редактор базы исправил в среднем почти 71% стволовых клеток пациента в ходе трех лабораторных экспериментов.

Затем Маколи работал с доктором Глорией Ю, клиническим инструктором Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по ревматологии, чтобы проверить, могут ли скорректированные клетки давать Т-клетки. Ю использовал искусственные органоиды тимуса , которые представляют собой модели ткани, полученные из стволовых клеток, разработанные в лаборатории Крукса, которые имитируют среду человеческого тимуса — органа, в котором стволовые клетки крови превращаются в Т-клетки.

Когда скорректированные стволовые клетки крови вводили в искусственные органоиды тимуса, они производили полностью функциональные и зрелые Т-клетки.

«Поскольку искусственный органоид тимуса так эффективно поддерживает развитие зрелых Т-клеток, это была идеальная система, чтобы показать, что базовое редактирование стволовых клеток пациентов может исправить дефект, наблюдаемый при этом заболевании», — сказал Ю, который также является соавтором. первый автор исследования.

В качестве последнего шага Маколи изучил продолжительность жизни скорректированных стволовых клеток, пересадив их мышам. Исправленные клетки оставались через четыре месяца после трансплантации, что указывает на то, что редактирование основания исправило мутацию в настоящих, самообновляющихся стволовых клетках крови. Полученные данные свидетельствуют о том, что скорректированные стволовые клетки крови могут сохраняться в течение длительного времени и продуцировать Т-клетки, необходимые пациентам для здоровой жизни.

«Этот проект был прекрасной картиной командной науки, в которой клинические потребности и научный опыт были согласованы», — сказал Крукс, профессор патологии и лабораторной медицины. «Каждый член команды сыграл жизненно важную роль в обеспечении успеха этой работы».

В настоящее время исследовательская группа работает с Райтом над тем, как внедрить новый подход в клинические испытания младенцев с CD3-дельта SCID из Канады, Мексики и США.

Терапевтический подход, описанный в этой статье, применялся только в доклинических испытаниях, не тестировался на людях и не был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов как безопасный и эффективный для применения на людях. На этот метод распространяется патентная заявка , поданная Группой развития технологий Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе от имени регентов Калифорнийского университета, при этом Кон и Маколи указаны в качестве соавторов.