В США испытают новый генный препарат против ВИЧ. Как он находит и побеждает ДНК вируса?

Компания Excision BioTherapeutics объявила о том, что Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило заявку на проведение первой и второй фаз клинических испытаний нового лекарственного препарата против хронической ВИЧ-инфекции. Испытания EBT-101, в основе которого лежит технология редактирования генома CRISPR/Cas, на безопасность, переносимость и эффективность у добровольцев с ВИЧ типа 1 начнутся в конце 2021 года. Участники исследования будут распределены на три группы для определения наилучшей дозировки.

CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) расшифровывается как «сгруппированные регулярно прерывающиеся короткие палиндромные повторы». Именно такие повторяющиеся пары оснований ДНК обнаружили ученые у некоторых бактерий. Выяснилось, что эти участки являются копиями, которые служат для распознавания бактериофагов и не позволяют доставлять свой геном в бактерию и производить свои копии.
Система CRISPR использует созданные «заготовки» — спейсеры — для того, чтобы кодировать специфические молекулы crРНК, связывающиеся с ферментом Cas9, который и разрезает ДНК бактериофага в нужных местах. В 2011 году Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна показали, что, меняя направляющую РНК, двойные (для обеих цепочек двойной спирали) ножницы комплекса Cas9 можно заставить резать любые фрагменты ДНК, — за что и получили через девять лет Нобелевскую премию по химии. Вскоре появились модификации, позволяющие не только резать ДНК, но и вставлять при необходимости требуемые участки ДНК.

Новая технология мгновенно вызвала большой энтузиазм в медицине — главным образом из-за потенциала в клеточной терапии. Впрочем, с помощью CRISPR-терапии только начинают лечить. В 2020 году стало известно о первых успешных клинических испытаниях: семь пациентов смогли вылечить от бета-талассемии — заболевания, связанного с низким содержанием гемоглобина в крови, еще три — от серповидноклеточной анемии, при которой эритроциты приобретают серповидную форму и вызывают боль, повреждение органов и инсульты.
Однако пока CRISPR-терапия остается чрезвычайно дорогостоящей — так, излечение серповидноклеточной анемии у одного пациента, по словам Дудны, стоит около двух миллионов долларов. При этом продолжается как усовершенствование самого CRISPR (появляются все новые и новые его варианты), так и способы его доставки: в июне стало известно о том, что систему впервые непосредственно доставили в клетки шести пациентов с транстиретиновым амилоидоизом — болезнью, при которой белок транстиретин накапливается в жизненно важных органах. Раньше терапия проходила ex vivo: клетки извлекались для редактирования, а затем вводились вновь.

Для своего размножения вирус использует Т-лимофциты — клетки иммунной системы человека, одна из функций которых — давать «сигнал опасности» при обнаружении вируса. После проникновения с помощью обратной транскрипции на основе РНК вируса производится ДНК, которая в ядре клетки встраивается в человеческий геном. Полученный провирус позволяет синтезировать вирионы ВИЧ, которые распространяются по организму. Именно из-за того, что ВИЧ встраивается в ДНК клеток, пока действенных способов избавления от него не придумали. Вирус истощает Т-лимфоцит, после чего новые его копии внедряются в новые Т-лимфоциты, что приводит ко все большему истощению иммунитета и, в конце концов, к СПИДу. «Спящие» провирусы могут активироваться даже после длительной антиретровирусной терапии — что делает ВИЧ практически неизлечимым. Поэтому на CRISPR-терапию, которая теоретически может полностью удалить провирусы из ДНК, возлагают большие надежды.

В 2019 году исследователи из Университета Небраски совместно с коллегами из Университета Темпл продемонстрировали на гуманизированных мышах эффективность сочетания системы CRISPR и разработанной учеными противовирусной терапии с медленным высвобождением и долговременным действием (LASER ART). Через две недели после введения ВИЧ типа мышам начинали давать антиретровирусные препараты в наночастицах с замедляющей высвобождение лекарств оболочкой. LASER ART прекращалась через четыре недели, вслед за чем исследователи с помощью аденовирусов вводили CRISPR/Cas9. У всех мышей с такой комбинированной терапией снижалась вирусная нагрузка — однако полностью удалить ДНК ВИЧ удалось только у двух из семи. В настоящее время исследователи работают над LASER ART следующего поколения.
Уже в этом году исследователи из Пекинского университета предложили новый метод лечения ВИЧ, где для борьбы с заболеванием используются модифицированные с помощью CRISPR гемопоэтические стволовые клетки. Однако пока число клеток с выработанным иммунитетом в организме добровольца оказалось недостаточным.

Параллельно группа исследователей из Университета Темпл совместно с компанией Excision BioTherapeutics занималась разработкой еще одного препарата — EBT-101. CRISPR/Cas9 в нем «упакована» в аденоассоциированный вирус 9 — который, как показали более ранние исследования, позволяет широко распространить системы по кровяным клеткам и некоторым вирусным резервуарам — местам, где продолжают скрываться остатки вируса, — в том числе и лимфатическим узлам. C помощью направляющих РНК Cas9, специфичных к ВИЧ, Cas9 вырезает провирус из генов Gag и LTR в ДНК клетки.
После проверки на многочисленных клеточных линиях — как на приматных, так и на человеческих — в 2020 году препарат испытали на макаках-резусах, зараженных вирусом иммунодефицита обезьян — ближайшим «родственником» ВИЧ. После «предварительной» антиретровирусной терапии, которая подавляла репликацию вируса, обезьянам внутривенно вводили препарат. ДНК и РНК Cas9 обнаружились во множестве тканей — в том числе в костном, спинном и головном мозге, печени и лимфоузлах. За несколько недель количество вирусной ДНК в лимфоузлах у разных приматов уменьшилось на 38-95 процентов. Теперь же FDA одобрила испытания аналогичного препарата, нацеленного на вирус иммунодефицита человека.