У новорожденных мышей можно редактировать гемопоэтические стволовые клетки прямо в кровотоке

Ученые из Италии и Испании выявили уникальное временно́е окно вскоре после рождения, когда циркулирующие стволовые клетки крови могут быть отредактированы in vivo — непосредственно в организме. Это открывает новые возможности для лечения некоторых генетических заболеваний. Исследование было проведено под руководством специалистов из Института генной терапии Сан-Раффаэле-Телетон в Милане — это один из ведущих европейских центров , где занимаются лентивирусными векторами.

Генная терапия с использованием вирусных векторов ex vivo — когда стволовые клетки крови пациентов генетически модифицируются вне организма и реинфузируются — уже привела к клиническим успехам. Однако для этого необходимо получить достаточное количество клеток, кроме того, кондиционирование — подготовка организма к возвращению модифицированных клеток — включает химиотерапию и облучение всего тела и имеет тяжелые побочные эффекты. Поэтому генная терапия in vivo остается привлекательной альтернативой.

Авторы статьи в Nature обнаружили, что у новорожденных мышей в первые две недели жизни количество гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток (HSPC) в кровотоке значительно выше, чем у животных старшего возраста. Ранее авторы сконструировали лентивирусные векторы для введения in vivo и тканеориентированной экспрессии в печени. Их безопасность была продемонстрирована на обезьянах. Это разработку они использовали в новом исследовании.

Когда новорожденным мышатам внутривенно вводили вектор, доставляющий в клетки ген зеленого флуоресцентного белка GFP, это обеспечило стабильную экспрессию GFP примерно в 5% клеток крови, принадлежащих к различным линиям. Трансдуцированные клетки успешно приживались в костном мозге. Экспрессия GFP в клетках крови сохранялась как минимум год. Примечательно, что в печени положительные по GFP клетки не обнаруживались или обнаруживались в малом количестве; авторы предполагают, что их удаляли цитотоксические Т-клетки.

«После рождения стволовые клетки крови должны переместиться из печени, где они находились в течение последних месяцев беременности, на свое окончательное место обитания в костном мозге. Мы обнаружили, что, поскольку они перемещаются в кровотоке, к ним легче получить доступ с помощью внутривенно введенных векторов, таким образом, их можно генетически модифицировать без необходимости собирать и обрабатывать вне организма», — объясняет первый автор исследования Микела Милани.

Исследователи протестировали этот подход на мышиных моделях трех генетических заболеваний: ADA-SCID (форма тяжелого иммунодефицита с дефицитом аденозиндезаминазы, при котором у пациента отсутствуют функциональные лимфоциты), аутосомно-рецессивного остеопетроза (заболевание костей, вызванное мутациями в гене регулятора иммунного ответа Т-клеток 1, причем нарушается процесс ремоделирования костной ткани), и анемии Фанкони (нарушение репарации ДНК, которое приводит к различным врожденным дефектам, онкозаболеваниям и нарушению кроветворной функции костного мозга). Во всех этих случаях мишенью могут быть HSPC. Перенос генов in vivo продлил жизнь мышей и улучшил их состояние. В модели анемии Фанкони удалось полностью устранить дефекты кроветворения.

Интересно, что клетки, циркулирующие в крови новорожденных мышей, были более восприимчивы к переносу генов, чем обычно используемые клетки, и не требовали активационных стимулов. Вероятно, причина не только в их физической доступности, но также в особенностях метаболизма и клеточного цикла и в активной экспрессии рецепторов, распознаваемых лентивирусами.

У двухнедельных мышей эффективность переноса генов в HSPC была значительно ниже. Чтобы увеличить количество циркулирующих стволовых клеток и расширить временное окно для лечения, команда использовала клинически одобренные препараты (G-CSF и plerixafor), способствующие выходу стволовых клеток из их тканевых ниш. Этот подход, а также оптимизация вирусных векторов, повысили эффективность переноса генов и позволили применять технологию у мышей более старшего возраста.

Наконец, исследователи обнаружили значительные количества циркулирующие HSPC в крови новорожденных младенцев и в первые месяцы жизни. Это означает, что окно возможностей для терапии может существовать и у людей.

Генная терапия гемофилии В снизила частоту кровотечений на 71%