Что такое ВИЧ и как его лечат сейчас
ВИЧ поражает клетки иммунной системы человека, которую представляют, прежде всего, лейкоциты — те самые белые кровяные тельца. Они вырабатываются в кроветворных тканях. Главная «фабрика» лейкоцитов — это костный мозг. Оттуда зрелые клетки мигрируют в кровь и другие органы иммунной системы, а также расселяются на слизистых оболочках, рядом с кожей, то есть в тесном контакте с внешней средой. Когда в лейкоцит попадает ВИЧ, он записывает свой генетический код в геном клетки, заставляя ее воспроизводить себя. Такие вирусы называют ретровирусами. Зараженный лейкоцит истощается и умирает. Постепенно, с потерей лейкоцитов иммунная система перестает работать, и человек с ВИЧ становится неспособен защищаться от инфекций и теряет контроль над противоопухолевым надзором. На фоне вируса начинают развиваться смертельные болезни, последней стадией развития ВИЧ является СПИД.
Для сдерживания ВИЧ применяется антиретровирусная лекарственная терапия, которая заключается в приеме нескольких препаратов. В большинстве случаев пациенты доживают до среднестатистического возраста, как и люди без ВИЧ, однако страдают при этом от множества заболеваний. Медикаменты не позволяют вирусу размножаться и встраиваться в ДНК, но не излечивают зараженного полностью. Дело в том, что ВИЧ может «прятаться» в генном коде лейкоцитов неактивированным. И даже если получается избавить организм от всех копий вируса, он может снова развиться из какой-либо клетки иммунной системы. Кроме того, пациенты с ВИЧ вынуждены принимать лекарства антиретровирусной терапии всю жизнь в определенное время суток. И не все зараженные имеют доступ к терапии.
У пациентов с ВИЧ часто развиваются злокачественные опухоли, лимфомы, реже лейкозы. Злокачественные опухоли возникают при дефекте ДНК в клетках костного мозга, в результате чего в крови увеличивается количество незрелых клеток, которые не могут нормально функционировать. Больные становятся восприимчивыми к любым инфекциям, ощущают боли в костях и суставах, у них развивается анемия, появляются кровотечения, раны долго заживают или не заживают вообще. Для лечения лейкозов и лимфом применяется, в том числе, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток, которые вырабатываются в костном мозге (поэтому часто говорят просто «трансплантация костного мозга»). Стволовые клетки — это несозревшие клетки, которые после развиваются в кровяные. Пересаживать их можно от донора (аллогенная трансплантация), также для трансплантации можно использовать здоровые клетки самого пациента (аутологичная трансплантация).
Во втором случае забор клеток происходит во время ремиссии онкологического заболевания, в первом же требуется совместимый донор, при этом риск осложнений у реципиента очень велик. Пересаженные здоровые клетки начинают делиться при аллогенной трансплантации и замещают «старые» неработающие, осуществляя пожизненный противоопухолевый надзор. При трансплантации собственных гемопоэтических стволовых клеток идея заключается в обеспечении эффективного кроветворения после проведения химиотерапии в высокой сублетальной дозе. Метод трансплантации клеток костного мозга существует около 50 лет и широко используется для лечения лейкозов и лимфом. Трансплантация костного мозга — сложный, дорогостоящий метод, применение его рискованно для пациента, но риск оправдан. Применение метода у пациентов с лейкозами и лимфомами на фоне ВИЧ еще более опасно. Специалисты-гематологи только в последнее время все чаще говорят о том, что трансплантацию можно безопасно применять у пациентов с ВИЧ для лечения злокачественной опухоли. Однако отменять антиретровирусную терапию для лечения ВИЧ во время и после трансплантации нельзя, так как пересаженные клетки так же восприимчивы к вирусу.
«Берлинский пациент»
Однако не все люди восприимчивы к ВИЧ. В примерно 95% случаев вирус проникает в клетки через определенные белки-рецепторы на поверхности. Если этих белков нет, то вирус не может захватить клетку и в результате умирает из-за недостатка ресурсов. Рецептора не существует в лейкоцитах людей с мутацией в определенном одном гене в обеих его аллелях (аллели — различные формы одного и того же гена, которые определяют разные варианты развития одного и того же биологического признака). Таких людей, полностью невосприимчивых к ВИЧ, на планете мало — не более 1%, чаще всего они встречаются в популяции людей в северной Европе. Кстати, «эпицентр» встречаемости этой мутации у людей в Санкт-Петербурге. Если у человека есть мутация, но только в одной аллели, то он будет восприимчив к ВИЧ, но болезнь будет протекать менее остро.
В 2007 году было сделано открытие, показавшее, что устойчивость к ВИЧ можно в буквальном смысле передать другому человеку. Благодаря этому американец Тимоти Браун стал первым человеком в истории, кто смог полностью излечиться от ВИЧ. Диагноз ВИЧ ему поставили в 1995 году. В 2006 у него выявили острый миелобластный лейкоз. С этой болезнью пациент уехал в клинику «Шарите» в Берлине. Там доктор Геро Гюттер нашел больному полностью совместимого донора костного мозга, у которого к тому же была та самая мутация, необходимая для невосприимчивости к ВИЧ. После пересадки костного мозга мистер Браун вылечился от лейкоза, а еще через почти два года из его крови полностью исчез ВИЧ. «Берлинский пациент» жив и здоров до сих пор, антиретровирусная терапия для него прекращена полностью.
Что же произошло в организме Тимоти Брауна? С точки зрения эволюции после пересадки костного мозга с мутировавшим геном в организме американца произошел естественный отбор. В кровь пациента начали попадать лейкоциты, в которые ВИЧ не мог добраться. Эти лейкоциты стали размножаться, увеличивая свое количество. Тем временем вирус атаковал «старые», неустойчивые к нему клетки. В итоге «сильные» лейкоциты выжили и размножались, а «слабые» погибали. В конечном итоге в организме не осталось лейкоцитов, восприимчивых к ВИЧ, вирусу неоткуда было брать ресурсы для размножения. Его оставшиеся копии постепенно погибли. Таким образом, организм «очистился» от вируса.
Как распространить этот случай на всех зараженных ВИЧ?
Несмотря на попытки, которые выполнялись и в Санкт-Петербурге, в клинике НИИ детской онкологии, гематологии и трансплантологии им. Р. М. Горбачевой ПСПбГМУ им. акад. И. П. Павлова, где было выполнено три аллогенные трансплантации костного мозга пациентам с острыми лейкозами и ВИЧ, случай «берлинского пациента» повторить пока не удалось никому в мире. Это была небывалая удача: подобрать совместимого донора костного мозга для лечения лейкоза крайне сложно, а найти такого с сопротивляемостью к ВИЧ — сложнее в несколько раз. Ученые начали работать над тем, как можно «вызвать» эту сопротивляемость в клетках лейкоцитов у самого зараженного пациента. Что для этого нужно? Убрать белок-рецептор вируса с поверхности клетки. Тогда она не будет впускать ВИЧ, и он погибнет сам собой. А что нужно для этого? Ответ нашла группа немецких и российских ученых из Исследовательского центра генной и клеточной терапии Университетской клиники Гамбург-Эппендорф и из НИИ детской онкологии, гематологии и трансплантологии им. Р. М. Горбачевой, под руководством профессора Бориса Фезе и профессора Бориса Афанасьева.
«Метод основан на изменении последовательности ДНК в организме человека. Иными словами, мы заходим в клетку и с помощью инструментов сайт-специфического редактирования генома воспроизводим мутацию, необходимую для устойчивости клетки к ВИЧ. Если это сделать с клетками костного мозга, то человек естественным образом излечится от вируса», — сказала Марина Попова, старший научный сотрудник НИИ, кандидат медицинских наук и врач-гематолог.
Чтобы лишить лейкоцит белка-рецептора ВИЧ, ученые-медики как бы «вырезают» тот участок ДНК, который ответственен за воспроизводство в клетке этого белка. Иными словами, мишенью редактирования генома является тот самый ген, который естественным образом мутирует у людей, устойчивых к вирусу. С помощью искусственно созданных белков, так называемых, молекулярных ножниц, производится разрыв в ДНК в том месте, где находится ген. Так как подобные разрывы часто случаются в ходе естественных процессов, то у ДНК есть механизмы восстановления («зашивания») себя. После такого «сшивания» участок генома, который кодировал белок-рецептор ВИЧ, изменяется, приобретая мутацию. Следовательно, изменяется и сам белок, теряя свойство, столь необходимое вирусу для захвата клетки. Когда в пациенте появляются клетки с измененным белком, запускается эволюционный механизм, при котором устойчивые к ВИЧ лейкоциты получают преимущество для выживания. Точных данных, сколько нужно изначально пересадить устойчивых клеток, чтобы победить ВИЧ, пока нет, но исследователи сходятся на широком диапазоне от 1 до 10%. Однозначно прояснить эту цифру помогут только клинические исследования.
Можно подумать, что операция по «разрезанию» ДНК происходит прямо в живой ткани пациента, но это не так. Редактирование генома происходит вне организма. Перед этим у пациента производится забор клеток костного мозга. Это процедура отработана в течение последних 50 лет. Затем в специальной лаборатории ДНК этих клеток редактируются, а потом клетки с измененной генетической последовательностью снова вводятся в организм того же самого человека — проводится трансплантация отредактированных гемопоэтических стволовых клеток.
«Мы используем естественные биологические процессы: клетка сама делает все, что нужно. Мы знаем, что мы можем хранить клетки костного мозга вне пациента, поэтому все необходимые изменения в ней мы делаем в пробирке. Преклинические и клинические исследования метода мы проводим здесь, в Петербурге», — сказала Марина Попова, директор «ЭйДжиСиТи».
Высокотехнологический медицинский стартап
Компания «ЭйДжиСиТи» развивает бизнес в области редактирования генома, флагманский проект для лечения ВИЧ. В результате реализации проекта, команда стартапа будет осуществлять услугу по редактированию ДНК и изменению биологических свойств клетки в лаборатории клеточных технологий. Туда будут привозиться клетки костного мозга пациентов, восприимчивые к ВИЧ. «Возвращаться» же к больному они будут с отредактированным геномом и устойчивыми к вирусу. Таким образом, компания оказывает услуги в рамках госзаказа системы здравоохранения, сотрудничая как с государственными, так и с частными клиникам, где пациенты с ВИЧ получают медицинскую помощь.
Сейчас компании всего год, и она находится на этапе предклинических исследований и привлечения инвестиций. На клинические исследования потребуется еще два года. По словам директора стартапа, не требуется много усилий, чтобы привлекать внимание инвесторов. С «ЭйДжиСиТи» самостоятельно связались четыре крупных инвестиционных фонда после того, как команда представила проект на Startup-Village в Сколково летом прошлого года. В декабре проект был презентован премьер-министру Дмитрию Медведеву, который высоко оценил его. Кроме того, компания попала в «дорожную карту» одного из рынков Национальной технологической инициативы HelthNet, в рамках которого развиваются инициативы в медицине и здравоохранении. В Технопарке Университета ИТМО «ЭйДжиСиТи» получает дополнительные возможности для деловых контактов и привлечения финансирования.
«С помощью редактирования ДНК сегодня мы можем лечить инфицированных ВИЧ, однако возможности нашей технологии гораздо шире. Впервые в руках человечества появился инструмент, который не лечит последствия генетического события, то есть заболевание, а исправляет ошибки на уровне первичной последовательности ДНК. Сегодня мы активно занимаемся разработкой подходов к лечению многих социально-значимых генетических заболеваний на основе трансплантации гемопоэтических стволовых клеток с редактированием генома и в области иммунотерапии рака. Значимость нашего проекта ВИЧ заключается еще и в том, что здесь поднимается вопрос престижа не только нашей петербургской клиники или города, но и всего государства в целом, науки, которая рождается в нашей стране. Дело в том, что в США и в Китае также есть прогрессивные разработки в области лечения ВИЧ с помощью редактирования генома, хотя там применяются другие методы. И Россия может быть первой страной, в которой будет изобретен и реализован действенный механизм лечения этого заболевания», — отметила директор «ЭйДжиСиТи».
