Как слышите?
Brian Mitchell / Corbis Documentary / Getty Images
Вирусы — не всегда враги: их можно использовать в качестве курьеров, которые доставляют в клетки нужную генетическую информацию. Именно этот способ используют американские и китайские ученые, которые пытаются вернуть людям слух. Метод работает: по результатам одного из первых испытаний пятеро из шести добровольцев с абсолютной глухотой начали различать звуки. Разбираемся, каковы перспективы технологии и в чём ее риски.
В клиническое испытание были включены шестеро детей младшего возраста, имеющих диагноз «Аутосомно-рецессивная глухота 9 типа (DFNB9)», при котором слух полностью отсутствует. Это наследственное заболевание вызвано мутацией гена OTOF — из-за его поломки не вырабатывается функционирующий белок отоферлин, который необходим для передачи звуковых сигналов от уха к мозгу.
Чтобы восстановить слух, исследователи заменили дефектный ген, проведя инъекцию его здоровой копии непосредственно в клетки внутреннего уха.
Тестирование через полгода после манипуляции показало, что у пятерых из шести участников клинического исследования чувствительность к звукам выросла на 40–60 децибел. Дети могли слышать негромкую речь, а самый младший участник эксперимента произнес первые простые слова.
— Если дети не могут слышать окружающий мир, развитие их мозга нарушается, — говорит соавтор исследования Чжэнь-И Чэнь, доцент Гарвардской медицинской школы.
Это означает, что ребенок не научится говорить, будет неграмотно писать, ему трудно будет общаться.
До последнего времени способов вылечить наследственную глухоту не существовало. Есть лишь специальные устройства для реабилитации — кохлеарный аппарат, который имплантируется под кожу черепа и дает возможность слышать. Но подходит он не всем и восстановление слуха с его помощью далеко от совершенства, особенно для восприятия речи в шумной обстановке или музыки.
Так что новое исследование — это еще один маленький, но важный шажок в сторону использования генной терапии, которая может вылечить наследственное заболевание и изменить жизнь людей с нарушениями слуха.
Травмы и инфекции вносят немалый вклад в нарушения слуха, но в 60% случаев это состояние связано с генетическими причинами. Современная медицина выявила уже больше 150 генов, мутации в которых приводят к потере слуха. Один из них — ген OTOF, который продуцирует в волосковых клетках важный для слуха белок отоферлин.
Как вообще мы слышим звуки? Сначала звуковая волна, достигая уха, заставляет колебаться мембрану — ту самую барабанную перепонку, которая может лопнуть, если громко кричать. Она в свою очередь передает колебание в жидкую среду, заполняющую полость улитки — орган, расположенный во внутреннем ухе. Ее два витка разделены еще одной мембраной, которую и покрывают волосковые клетки. С помощью отоферлина механическая энергия, вызванная колебаниями мембраны, преобразуется в электрическую, и таким образом нервные импульсы передаются в головной мозг. Благодаря этому сложному процессу мы можем слышать любые звуки: от оглушительного крика до тихого шепота.
Но иногда по неведомым причинам в гене происходит мутация, и тогда белок не вырабатывается. А без отоферлина звук в электрические сигналы хотя и преобразуется, но никогда не достигает мозга.
Исследования, в которых ученые пытались воздействовать на ген, отвечающий за слух, проводились и прежде.
Так, японские исследователи из университета Дзюнтэндо для преодоления глухоты проводили манипуляции с геном Gjb2, а израильские специалисты — с геном SYNE 4. Проводились эксперименты и с другими генами, но на мышах.
В 2018 году международная группа исследователей под руководством Омара Акила (Калифорнийский университет) обратила внимание на ген OTOF. С помощью методов генной терапии мышам с формой глухоты человека были введены фрагменты ДНК этого гена. Уже спустя месяц после генной инъекции ученые зафиксировали восстановление слуховых порогов у животных — они реагировали на щелчки и другие сигналы.
Так появился шанс повернуть глухоту вспять. В прошлом году клиническое исследование, но уже на людях, провели ученые из Фуданьского университета и Гарварда.
Доктор Чжэн-И Чен в своей лаборатории в Массачусетском глазном и ушном отделении. Фото: Jessica Rinaldi / The Boston Globe / Getty Images
Методы генной терапии позволяют заменить «сломанный» ген на его здоровую копию. Доставить ее в клетки-мишени помогает векторная система, в качестве которой всё чаще используются вирусы. Их главное жизненное предназначение — встроиться в клетку живого организма и передать ей свою генетическую информацию, таким образом обеспечивая собственное размножение. Это свойство вирусов наука взяла на вооружение и использовала в мирных целях.
В итоге был разработан метод химической реакции, при котором нужный фрагмент ДНК — ген — вносят в вирус, тот в свою очередь инфицирует клетки человека, и таким образом ген попадает в нужное место. В качестве курьера чаще всего используется аденоассоциированный вирус (ААВ) из-за его низкой генотоксичности: он редко портит что-то в геноме, при этом может инфицировать любые клетки и встраивать свой геном в геном хозяина.
Терапия, созданная фуданьскими исследователями, включала в себя вектор, который осуществлял перенос ДНК правильной версии гена OTOF непосредственно в волосковые клетки внутреннего уха как раз с помощью аденоассоциированного вируса.
При всей безопасности метода некоторые риски всё же имеются. Например, если человек когда-то переболел инфекцией, вызываемой схожим штаммом ААВ, иммунная система может распознать в этом вирусе врага и начать вырабатывать антитела против него. Возможно, именно это и произошло с шестым участником Фуданьского исследования. По мнению ученых, у ребенка мог не восстановиться слух из-за иммунной реакции, которая атаковала вирус.
Еще один риск — что здоровая копия гена не сумеет встроиться в клетку либо вообще «заблудится» и попадет не туда.
— В исследовании в 1990-х годах что-то пошло не так, и вирус-вектор, используемый для переноса гена, встроился в клетку костного мозга, спровоцировав развитие рака крови, в результате доброволец погиб, — рассказывает генетик Дмитрий Прусс из Солт-Лейк-Сити. — Поэтому риск, что вирус встроится «не туда», есть. Новые технологии учитывают это и пытаются направить вирусный вектор не вообще в организм, словно в космос, а точно в цель. Например, ген для лечения муковисцидоза вводят аэрозолем сразу в легкие. А ген, отвечающий за слух, был введен непосредственно в улитку внутреннего уха. Добраться до нее сложно, зато если туда ввести вектор, он уже точно никуда не денется.
Другая проблема заключалась в размерах. Ген OTOF оказался слишком крупным, чтобы целиком поместиться на крошечной головке одного вируса. Необходимо было разделить ген на две части, каждую поместить в отдельный вирус и таким образом внедрять в клетку улитки. И уже в клетке разные части гена должны были объединиться в одно целое, чтобы начать вырабатывать белок.
Идея проложить мостик из фрагментов ДНК между двумя векторами не нова и основана на способности вирусов к гибридизации — соединению нуклеиновых кислот в одну молекулу. Это свойство особенно наглядно проявилось в эпоху ковида, когда различные штаммы коронавируса встречались в клетке и образовывали новый геновариант. Самый известный пример — это дельтакрон, появившийся в результате «встречи» омикрона и дельты. Но это естественное течение гибридизации.
Исследователи же из Фуданьского университета решили попытаться обмануть природу и прибегнуть к искусственной гибридизации — склеить начало гена в одном вирусе с концом гена в другом.
— Для этого используют приманку, — объясняет мой собеседник, — одну и ту же последовательность ДНК размещают в конце первого генома вируса-вектора и в начале второго. Если правильно подобрать фрагмент ДНК для гибридизации, то до 80% пар геномов «склеится»!
В результате клеточные механизмы собрали полный белок и таким образом восстановили способность клетки передавать нервные импульсы в головной мозг.
Фото: zoranm / Getty Images
Почти одновременно с китайским исследованием своими результатами лечения глухоты поделилась Детская больница в Филадельфии. В октябре 2023 года врачи ввели здоровую копию «гена слуха» 11-летнему марокканскому мальчику, родившемуся с глубокой глухотой на оба уха. Спустя почти четыре месяца после манипуляции ребенок впервые услышал звуки.
«Генная терапия — это то, над чем мы, специалисты в сфере потери слуха, работали более 20 лет. И, наконец, она появилась, — комментирует Джон Гермиллер, доктор медицинских наук, лечащий хирург и директор клинических исследований больницы и доцент Медицинской школы Перельмана в Университете Пенсильвании. — Наши исследования могут открыть дверь для будущего использования других генов, отвечающих за нарушения слуха».
Впрочем, исследования в области генной терапии всё еще находятся на относительно ранней стадии. Для эффективного лечения наследственного заболевания необходима очень высокая доза геннотерапевтического препарата, что вызывает закономерное беспокойство по поводу безопасности.
Есть определенные риски, что чрезмерное размножение клеток, утративших тормоза в результате генной терапии, могут запустить развитие онкологического процесса.
— Конечно, хотелось бы извести мутантный ген навсегда — не только в организме человека, страдающего наследственным заболеванием, но и в его потомстве, — говорит мой собеседник-генетик. — Но медицина пока к этому не готова из-за теоретических опасений, что встроенный терапевтический ген поведет себя как-то неправильно во внутриутробном развитии. Поэтому пока целительный вирус направляют только во внутреннее ухо, а о репродуктивных органах и мысли нет.
И всё же значение этого метода лечения трудно переоценить — достаточно просто посмотреть на родителей ребенка, который начал слышать. О том, что генная терапия сработала, они узнали еще до всяких тестирований, через четыре недели после операции. Мама позвала ребенка, и он вдруг откликнулся на ее голос.
{{subtitle}}
{{/subtitle}}