Исследователи путем введения копии гена, кодирующего фермент глюкоцереброзидазу, в мозг еще не родившихся мышат смогли предотвратить развитие у модельных животных тяжелого наследственного нейродегенеративного заболевания – разновидности болезни Гоше.
Кроме того, авторы статьи, опубликованной в Nature Medicine, на стадии доклинических испытаний отработали технологию введения препарата в мозг плода на обезьянах.
Болезнь Гоше характеризуется нехваткой в клетках фермента глюкоцереброзидазы, который кодируется геном GBA, при этом в тканях накапливаются вещества липидной природы, в частности, глюкоцереброзид (глюкозилцерамид). В умеренной форме это приводит к увеличению печени и селезенки, слабости костей. В тяжелой нейронопатической форме, которая встречается с частотой один на сто тысяч новорожденных, накопление липидов затрагивает головной мозг, поэтому симптомы заболевания включают в себя нейродегенерацию, задержку развития, судороги и другие проблемы неврологического характера.
Чаще всего недостаточность фермента обусловлена мутацией в гене GBA, и является врожденной. Если легкие и умеренные формы болезни Гоше лечатся заместительной терапией с введением фермента, при нейронопатической разновидности болезни это не помогает, так как фермент не проникает через гематоэнцефалический барьер, защищающий мозг. При этом данная форма заболевания развивается уже в раннем младенчестве.
Исследователи из Университетского колледжа Лондона успешно опробовали на мышиной модели лечение нейронопатической болезни Гоше при помощи генной терапии еще на стадии плода. Для этого копию гена GBA в составе вирусного вектора ввели в мозг развивающегося эмбриона в утробе матери при помощи аппарата УЗИ. Таким способом нейродегенерацию у животных в значительной степени удалось предотвратить.
Для того чтобы получить модельных животных с болезнью Гоше, исследователи вывели линию мышей с контролируемой экспрессией гена GBA в мозге, которую в определенный момент выключали путем вырезания гена. Удаление GBA приводило к быстрому развитию воспаления мозга и гибели нейронов в его определенных отделах.
Для восстановления экспрессии GBA в мозг плода ввели человеческий ген в составе адено-ассоциированного вируса, предварительно отработав технологию с геном зеленого флуоресцентного белка. У родившихся мышат детектировали активность глюкоцереброзидазы в крови, они нормально развивались и по поведению ничем не отличались от контрольных здоровых мышат. Анализ тканей мозга в месячном возрасте показал, что в отличие от животных, которых не лечили, воспаление мозга и сопутствующая нейродегенерация у мышей существенно уменьшилась.
Долгосрочное наблюдение за подопытными мышами показало, что они сохраняют активность и способны к размножению (у потомства при этом симптомы болезни сохранились). Однако, несмотря на существенное облегчение течения заболевания и нормальную активность фермента, поведенческие и молекулярные тесты во взрослом возрасте показали, что полностью вернуть фенотип животных к нормальному не удалось.
Исследователи также попробовали применить генную терапию на более поздних стадиях развития и ввели вектор новорожденным мышатам в мозг либо более высокую дозу препарата внутривенно. Несмотря на то, что до двухмесячного возраста мышата развивались почти нормально, в случае внутривенного введения гена у них наблюдалась значительная нейродегенерация. Зато, по сравнению с интракраниальной инъекцией, внутривенное введение гена нормализовало работу большинства внутренних органов.
Кроме экспериментов на мышах, авторы работы проверили технологию введения препарата в плод на обезьянах, для чего ввели при помощи ультразвукового аппарата вирусные частицы с геном зеленого флуоресцентного белка в желудочек мозга двум плодам макаки, чьи матери находились на средних сроках беременности. Новорожденные обезьяны развивались нормально, и в их мозге наблюдалась экспрессия зеленого белка.
Таким образом, авторы работы заключили, что доставка гена в центральную нервную систему на ранних стадиях развития путем единственной инъекции в мозг развивающегося плода хорошо подходит для лечения наследственных нейродегенеративных заболеваний с ранним началом, как в случае с нейронопатической болезнью Гоше. Однако для применения на человеке эта технология требует также эффективной ранней диагностики наследственных заболеваний.
Лечение ферментативной недостаточности при помощи генной терапии успешно зарекомендовало себя в случае гемофилии. Введение вирусного вектора с геном сверхактивного фактора свертывания крови IX в ходе клинических испытаний избавило нескольких пациентов от потребности в заместительной терапии.
Автор: Дарья Спасская