Молекулярные биологи создали наночастицы, с помощью которых геномный редактор CRISPR/Cas9 можно использовать для лечения серповидноклеточной анемии и других болезней крови, которые связаны с появлением опасных мутаций в генах, задействованных в производстве гемоглобина. Статью с результатами их первых опытов опубликовал научный журнал Science Advances.

"Результаты нашей работы показали, что наночастицы можно использовать для доставки CRISPR/Cas9 в стволовые клетки крови, которые достаточно сложно заражать при помощи вирусов, традиционно применяемых для этих целей. Мы надеемся, что с помощью нашего подхода можно будет бороться с самыми разными формами нарушений в работе гемоглобина", – пишут исследователи.

По статистике Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), от серповидноклеточной анемии и других болезней, которые связаны с мутацией в гене HBB, отвечающем за синтез гемоглобина, страдают примерно 420 млн людей по всему миру. Пока у ученых нет действенных методик борьбы с этими болезнями, кроме подавления их симптомов и различных внешних проявлений.

Китайские и американские молекулярные биологи под руководством профессора Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) Дональда Кона сделала первый шаг к созданию терапии, которая позволила бы пациентам избавиться от подобных мутаций. Ключевым элементом их метода стал геномный редактор CRISPR/Cas9.

Его открыли в начале 2010 годов будущие нобелевские лауреаты Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна при изучении бактерий. CRISPR/Cas9 состоит из двух частей – белка Cas9, который разрезает ДНК клеток, а также набора коротких молекул РНК, которые этот фермент использует в качестве своеобразных "шаблонов" для распознавания тех последовательностей нуклеотидов, которые нужно вырезать из генома.

Как правило, молекулы Cas9 и "шаблонов", нитей так называемой "направляющей РНК", вводятся в клетки человека или животных с помощью специальных вирусов, очищенных от опасного содержимого. В случае со стволовыми клетками крови и их прародителями в костном мозге это сделать достаточно сложно из-за больших размеров Cas9 и высокой стоимости реагентов.

Наноупаковка для геномного редактора 

Кон и его коллеги задумались, можно ли для доставки в стволовые клетки крови молекул Cas9, "шаблонов" и корректных копий гена HBB использовать наночастицы, которые проникают в клетки человека. Подобные методы уже успешно применялись для достаточно простых процедур, подразумевающих удаление поврежденных участков ДНК, однако пока ученые не использовали наночастицы для замены одной копии гена на другой.

Кон и его коллеги решили эту проблему, создав пористые полимерные наночастицы, которые состоят из трех различных органических компонентов. Такие структуры, как показывают опыты на культурах клеток, легко проникают внутрь них и там разлагаются, выпуская свое содержимое в их цитоплазму.

Создав два разных типа подобных наночастиц, ученые заполнили их копиями белка Cas9, копиями гена HBB, а также РНК-шаблонами. Последние заставляли фермент вырезать один из участков мусорной ДНК в девятнадцатой хромосоме, который не связан с жизненно важными функциями организма.

Работу этих наночастиц ученые проверили на культурах клеток крови, полученных от больных, страдающих от серповидноклеточной анемии. Эти эксперименты показали, что наночастицы проникли примерно в 21% клеток и успешно отредактировали их геном, вставив в них инструкции по производству светящейся версии гемоглобина. Вероятность этого, как отмечают исследователи, значительно повышалась при использовании разных наночастиц для доставки геномного редактора и копий гена HBB.

Часть этих "перепрограммированных" стволовых клеток ученые ввели в организм мышей и проследили за их размножением. Оказалось, что стволовые клетки не потеряли новой копии HBB и проявляли никаких аномалий в своей жизнедеятельности.

Успешное завершение этих опытов, как считают Кон и его коллеги, открывает дорогу для использования CRISPR/Cas9 не только для лечения серповидноклеточной анемии, но и других болезней, связанных с мутациями в HBB. В их число, к примеру, входит бета-талассемия, возникающая в результате появления сразу нескольких мутаций в HBB. В ближайшее время генетики планируют провести опыты такого рода на мышах.

По материалам сайта ТАСС