Исследователи сообщают о своих выводах в статье, опубликованной в марте. 10 в науке трансляционной медицины.
Генная терапия может использоваться для лечения широкого спектра хронических болевых состояний, от боли в пояснице до редких невропатических болевых расстройств – состояний, при которых опиоидные обезболивающие являются текущим стандартом лечения.
«То, что у нас есть прямо сейчас, не работает», – сказала первый автор Ана Морено, выпускница инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.
Опиоиды могут со временем сделать людей более чувствительными к боли, что заставляет их полагаться на все более высокие дозы. "Существует острая необходимость в эффективном, длительном и не вызывающем привыкания лечении."
Идея такого лечения возникла, когда Морено был доктором наук.D. студент лаборатории биоинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Прашант Мали. Мали изучает возможность применения основанных на CRISPR подходов к генной терапии для лечения редких, а также общих заболеваний человека. Проект Морено был направлен на изучение потенциальных терапевтических возможностей.
Однажды она наткнулась на статью о генетической мутации, из-за которой люди не чувствуют боли. Эта мутация инактивирует белок в передающих боль нейронах спинного мозга, называемый NaV1.7. У лиц с отсутствием функционального NaV1.7, такие ощущения, как прикосновение к чему-то горячему или острому, не регистрируются как боль.
С другой стороны, мутация гена, которая приводит к сверхэкспрессии NaV1.7 заставляет людей чувствовать больше боли.
Когда Морено прочитал это, он щелкнул. «Нацелившись на этот ген, мы могли бы изменить фенотип боли», – сказала она. "Что еще круто, так это то, что этот ген участвует только в боли. У этой мутации не наблюдается серьезных побочных эффектов."
Непостоянная генная терапия
Морено работала над подавлением генов с помощью инструмента редактирования генов CRISPR в рамках своей диссертации. В частности, она работала с версией CRISPR, в которой используется так называемый «мертвый» Cas9, в котором отсутствует способность разрезать ДНК.
Вместо этого он прикрепляется к генной мишени и блокирует его экспрессию.
Морено увидел возможность использовать этот подход для репрессии гена, кодирующего NaV1.7.
Она указывает на привлекательность этого подхода: «Он не вырезает какие-либо гены, поэтому в геноме нет постоянных изменений. Вы бы не хотели навсегда потерять способность чувствовать боль ", – сказала она. "Одна из самых больших проблем, связанных с редактированием генов CRISPR, – это нецелевые эффекты. Как только вы разрежете ДНК, вот и все.
Ты не можешь вернуться. С мертвым Cas9 мы не делаем ничего необратимого."
Мали, соавтор исследования, говорит, что использование мертвого Cas9 открывает двери для использования генной терапии для борьбы с распространенными заболеваниями и хроническими недугами.
"При некоторых распространенных заболеваниях проблема заключается в неправильной экспрессии гена. Вы не хотите полностью выключать его ", – сказал он. "Но если бы вы могли уменьшить дозу этого гена, вы могли бы довести ее до уровня, при котором он не является патогенным. Это то, что мы здесь делаем.
Мы не устраняем полностью болевой фенотип, мы его смягчаем."
Морено и Мали стали соучредителями дочерней компании Navega Therapeutics для работы над воплощением этого подхода к генной терапии, который они разработали в Калифорнийском университете в Сан-Диего, в клинике. Они объединились с Тони Якшем, экспертом по системам боли и профессором анестезиологии и фармакологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. Якш – научный консультант Навеги и соавтор исследования.
Ранние лабораторные исследования
Исследователи разработали систему CRISPR / dead Cas9 для нацеливания и репрессии гена, который кодирует NaV1.7. Они делали спинномозговые инъекции своей системы мышам с воспалительной и вызванной химиотерапией болью.
У этих мышей болевой порог был выше, чем у мышей, не получавших генную терапию; они медленнее отдергивали лапу от болезненных раздражителей (тепла, холода или давления) и тратили меньше времени на то, чтобы лизать или трясти лапу после травмы.
Лечение было протестировано в разное время.
Он все еще был эффективен через 44 недели у мышей с воспалительной болью и через 15 недель у мышей с болью, вызванной химиотерапией. Исследователи заявили, что продолжительность продолжительности все еще тестируется и, как ожидается, будет продолжительной.
Более того, обработанные мыши не теряли чувствительности и не демонстрировали никаких изменений нормальной двигательной функции.
Чтобы подтвердить свои результаты, исследователи провели те же тесты, используя другой инструмент редактирования генов, называемый белками цинковых пальцев. Это более старый метод, чем CRISPR, но он выполняет ту же работу. Здесь исследователи разработали цинковые пальцы, которые аналогичным образом связываются с геном-мишенью и блокируют экспрессию NaV1.7.
Спинальные инъекции цинковых пальцев мышам дали те же результаты, что и система CRISPR-dead Cas9.
«Мы были рады, что оба подхода сработали», – сказал Мали. "Прелесть белков цинковых пальцев заключается в том, что они построены на основе человеческого белка. Система CRISPR – это чужеродный белок, который поступает от бактерий, поэтому он может вызывать иммунный ответ.
Вот почему мы также изучили цинковые пальцы, поэтому у нас есть вариант, который может быть более применим в клинике."
Исследователи говорят, что это решение может работать при большом количестве состояний хронической боли, возникающих из-за повышенной экспрессии NaV1.7, включая диабетическую полинейропатию, эритромелалгию, радикулит и остеоартрит. Это также может принести облегчение пациентам, проходящим химиотерапию.
По словам Якша, из-за непостоянных эффектов эта терапевтическая платформа может удовлетворить плохо удовлетворяемые потребности большой популяции пациентов с длительными (от нескольких недель до месяцев), но обратимыми болевыми состояниями.
«Подумайте о молодом спортсмене или раненом воине, у которого боль может исчезнуть с заживлением ран», – сказал он. "Мы не хотели бы навсегда лишить этих людей способности ощущать боль, особенно если у них большая продолжительность жизни. Этот подход CRISPR / dead Cas9 предлагает этой группе людей альтернативное терапевтическое вмешательство – это важный шаг в области лечения боли."
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Навега в следующий раз будут работать над оптимизацией обоих подходов (CRISPR и цинковые пальцы) для нацеливания на человеческий ген, кодирующий NaV1.7.
Следуют испытания на нечеловеческих приматах для проверки эффективности и токсичности. Исследователи планируют заполнить IND и начать клинические испытания на людях через пару лет.
Эта работа была поддержана институциональными фондами Калифорнийского университета в Сан-Диего и Национальными институтами здравоохранения (гранты R01HG009285, RO1CA222826, RO1GM123313, R43CA239940, R43NS112088, R01NS102432, R01NS099338).
Раскрытие информации: Ана Морено, Фернандо Алеман, Прашант Мали и Тони Якш имеют финансовую заинтересованность в Navega Therapeutics.
Условия этих соглашений были рассмотрены и одобрены Калифорнийским университетом в Сан-Диего в соответствии с его политикой в отношении конфликта интересов.