Фото: Наталья Арефьева
Представьте, что вы можете написать человеку письмо, которое исправит ошибку в его жизни. В медицинском смысле это уже реальность: вместо текста — ДНК, вместо конвертов и почтальонов — вирусы. Созданием таких писем занимаются в Центре живых систем МФТИ. «За науку» сходил в гости к ученым, чтобы увидеть, как создается генная терапия, и узнать, почему они сравнивают свою работу с почтовой службой.
Центр живых систем был создан на базе лаборатории геномной инженерии, которая работает на Физтехе с 2014 года. Сегодня в центре пять лабораторий и больше сотни сотрудников.
В ходе путешествия мы увидели лишь часть большой работы над генотерапевтическим препаратом от фенилкетонурии — одного из самых частых среди редко встречающихся генетических заболеваний. Оно приводит к накоплению фенилаланина в крови, что вызывает повреждение мозга и нервной системы. Нормализовать обмен веществ можно, доставив в клетки функциональную копию поврежденного гена.
На первом этапе ученые проектируют генетическую конструкцию, содержащую здоровую копию человеческого гена и необходимые части вируса, чтобы внутри клеток-производителей мог образоваться вирусный вектор.
«Наши вектора — как письмо в конверте. Вирусная оболочка — конверт, а письмо — здоровая копия гена. Адресовано письмо больным клеткам, адрес которых нам известен. Вирусные вектора заранее предсказывают наши биоинформатики. Так как нам нужно, чтобы вектор добрался в ткани печени, где возник дефицит фенилаланингидроксилазы, мы подобрали вектор, который наиболее тропен к тканям печени и может проникать в них, определяя место назначения по поверхностным белкам»,— объясняет руководитель научных проектов ЦЖС Софья Феоктистова.
Стартовая точка нашего путешествия — комната, где собирают генетические конструкции, а потом помещают их внутрь бактерий E.coli.
«Дальше суспензия бактериальных клеток наносится на чашку Петри с твердой питательной средой и селективным антибиотиком, который помогает нам отобрать только те бактерии, куда проникла наша плазмида. Бактерии выступают в роли ксерокса: делают множество копий нашей генетической конструкции»,— рассказывает Софья.
Через 12–16 часов на чашке вырастают колонии, которые после инспекции — на специальном роботизированном приборе или вручную — продолжают расти, но уже в жидкой среде. Их продукцию секвенируют, а затем колонии отправляют дальше — на тесты.
За штурвалом — Али Мазлум, научный сотрудник лаборатории геномной инженерии. Под его управлением автомат сканирует поверхность чашки, выделяет и отбирает колонии бактериальных клеток.
«В течение часа робот способен обработать около 5 тысяч бактериальных колоний,— рассказывает Али.— Такое большое количество необходимо для тщательной проверки материала на мутации, позволяет оптимизировать последовательности и находить наиболее подходящие варианты для будущего эффективного лекарства».
Выбранные после скрининга генетические конструкции проверяют на клеточных линиях человека в стерильных условиях в Клеточной комнате.
Дарья Мишина, лаборант лаборатории геномной инженерии, оценивает состояние клеточной культуры.
Только потом можно будет перейти к сборке векторов и испытаниям in vivo. Для упаковки «писем» со здоровыми генами в вирусный вектор тоже используют специальные клеточные линии.
Испытания препарата на животных моделях проходят в ЦДТИ имени Алмазова. Препарат проверяют на генетически модифицированных мышах с точно такой же поломкой в гене, что и у пациентов больных фенилкетонурией. Спустя некоторое время специалисты оценивают разные параметры здоровья животных, такие как изменение массы тела и уровень фенилаланина в сыворотке крови.
Дальше нужно проверить распределение препарата в органах животных. Этот этап уже проводят в МФТИ: комната «пре-ПЦР». Количество вирусной ДНК в целевых клетках позволяет оценить успешность доставки вирусного генома, а уровень РНК служит индикатором активности трансгена. Эти данные критически важны для подтверждения того, что генетическая конструкция не просто попала в организм, но и включилась в работу.
Для аспирантки Наталии Бобровой, младшего научного сотрудника лаборатории геномной инженерии, это тема кандидатской работы.
Исследователь Егор Дегтярев (лаборатория вычислительных методов в биомедицине) на роботизированной станции с помощью магнитных частиц выделяет нуклеиновые кислоты из тканей экспериментальных мышей.
«Пилотные испытания нашего препарата принесли положительные результаты. У терапии был интересный побочный эффект: из-за прогрессирующей фенилкетонурии шерсть мышей становится коричневого цвета, а когда они выздоравливают, то окрашиваются в черный цвет. Получается очень красивый мозаичный эффект, и можно даже без специальных тестов понять, что терапия работает, а мыши снова здоровы»,— говорит Софья Феоктистова.
Когда дело дойдет до медицинской практики? Путь в клинику — сложный и многоэтапный, он занимает годы. Препарат против фенилкетонурии все еще на этапе доклинических испытаний: он прошел проверку концепции, определена необходимая дозировка. Если результаты доклиники на животных будут положительными, лекарство выйдет на клинические испытания в экспериментальных группах пациентов. На них может уйти от года до пяти лет.
