გენების რედაქტირების ეპოქა ოფიციალურად დაიწყო — ახალი პერიოდი მედიცინაში

ბოლო პერიოდში აშშ-სა და გაერთიანებულ სამეფოში exagamglogene autotemcel (exa-cel [Casgevy, Vertex Pharmaceuticals/CRISPR Therapeutics]) მკურნალობის დამტკიცება ნამგლისებრუჯრედოვანი დაავადებისა (OHH) და ტრანსფუზიაზე დამოკიდებული β-თალასემიის სამკურნალოდ მედიცინაში გენების რედაქტირების ახალი ეპოქის დაწყებას აღნიშნავს.

ლაბორატორიიდან კლინიკურ პრაქტიკაში სულ რამდენიმე წელიწადში 

ეს მნიშვნელოვანი განვითარება მოხდა ბაქტერიული იმუნური სისტემის — clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) – Cas9-ის პროგრამირებად გენების რედაქტირების ნუკლეაზად გარდაქმნის აღმწერი პირველი სამეცნიერო მოხსენების გამოქვეყნებიდან მხოლოდ ოდნავ მეტი დროის შემდეგ და ამ ნაშრომის ორი უფროსი ავტორის — Jennifer Doudna-სა და Emmanuel Charpentier-ის მიერ ქიმიის ნობელის პრემიის გაზიარებიდან მხოლოდ 3 წლის შემდეგ. გენეტიკური მედიცინის ეს სწრაფი გარდაქმნა დინამიკური პროცესია: ლაბორატორიული კვლევა სწრაფად გადადის კლინიკაში, კლინიკური გამოცდილება კი ახალ კვლევას კვებავს და აკადემიურ მედიცინას უწყვეტად ავითარებს. თუმცა exa-cel მხოლოდ პირველია დაპირებულ მკურნალობათა ტალღაში, რომელიც დაავადებასთან დაკავშირებულ გენურ მუტაციებს უშუალოდ არედაქტირებს და ასწორებს. ჯერ კიდევ დიდი სირთულეებია გადასალახი, რათა მსოფლიოში OHH-ის მქონე მილიონობით ადამიანიდან ყველაზე მძიმედ დაავადებულებსაც კი ამ პოტენციურად განმკურნებელ მკურნალობაზე წვდომა ჰქონდეთ.

Linus Pauling: „პირველი მოლეკულური დაავადება“

1949 წელს Linus Pauling-მა ნორმალურ და ნამგლისებრუჯრედოვან დაავადებასთან დაკავშირებულ ჰემოგლობინს შორის განსხვავების აღმწერ ნაშრომში ნამგლისებრუჯრედოვან ანემიას „პირველი მოლეკულური დაავადება“ უწოდა. დღეს ვიცით, რომ OHH-ის ყველაზე გავრცელებული ფორმა უკავშირდება ერთ წერტილოვან მუტაციას (GAG-დან GTG-მდე), რომელიც ზრდასრული ჰემოგლობინის (HbS) მეექვსე პოზიციაში ერთ ამინომჟავას ცვლის (გლუტამინის მჟავის ნაცვლად ვალინი). ამ პირებში ერითროციტები ფორმას იცვლის, რის გამოც ქსოვილები საკმარის ჟანგბადს ვერ იღებს და ვითარდება ძლიერი ტკივილი და ჟანგბადის უკმარისობა. OHH-ის მატარებლებში ტკივილის კრიზისები ჩვილობაში, ჩვეულებრივ, დაახლოებით 6 თვის ასაკში იწყება, როდესაც ნაყოფის პერიოდში ჟანგბადის უკეთ გადამტანი HbF ზრდასრულ HbS-ს უთმობს ადგილს.

ერთი მუტაცია, განსხვავებული შედეგები

3 მილიარდი ფუძეთა წყვილისგან შემდგარ ადამიანის გენომში ორივე მშობლისგან მიღებული ერთი წერტილოვანი მუტაცია საკმარისია OHH-ის გამოსაწვევად. თუმცა ექიმები დიდი ხანია სიმძიმის დიდ განსხვავებებს ხედავენ, რაც გენომის სხვა უბნების მუტაციების გავლენაზე მიანიშნებს. კერძოდ, არსებობს ნაყოფის ჰემოგლობინის მემკვიდრეობითი პერსისტენცია (HPFH), იშვიათი მდგომარეობა, რომელიც OHH-ის ტკივილის კრიზისებსა და ჯანმრთელობის პრობლემებს ამცირებს და ნაყოფის ჰემოგლობინს მაღალ დონეზე ინარჩუნებს. ამან გააჩინა იდეა: თუ ერითროციტებს კვლავ ნაყოფის ჰემოგლობინის წარმოებისკენ მივმართავთ, შეიძლება HPFH-ის სარგებელი გავიმეოროთ და OHH-ის ნიშნები მნიშვნელოვნად შევამსუბუქოთ.

Exa-cel — CRISPR-Cas9-ის პირველი ნაბიჯები

ბაქტერიული ადაპტაციური იმუნიტეტის ცნობისმოყვარეობით ნაკარნახევმა კვლევამ CRISPR-Cas9-ის აღმოჩენამდე მიგვიყვანა, exa-cel-ის წარმატება კი გლობინის გენური რეგულაციის ფუნდამენტურ კვლევებს ეფუძნება. ბოლო ოცი წლის განმავლობაში Boston-ის ბავშვთა საავადმყოფოსა და Harvard-ის სამედიცინო სკოლის Orkin-მა, კოლეგებმა და მრავალმა თანამშრომელმა გლობინის გადართვის ძირითადი მოლეკულური მექანიზმები გამოავლინეს და განსაზღვრეს CRISPR-Cas9 რედაქტირების გენომური სამიზნე, რომელიც ახლა exa-cel-ის სახითაა დამტკიცებული.

HbF-ის ხელახლა გასააქტიურებელი მოლეკულური სამიზნის აღმოჩენა თანამედროვე გენომიკას ეფუძნება, განსაკუთრებით გენომის მასშტაბის ასოციაციური კვლევების გამოყენებას HbF-ის განმსაზღვრელი გენეტიკური ვარიანტების ქრომოსომული მდებარეობის დასადგენად.

სამეცნიერო დეტექტივის მსგავს წარმატებაში Thein-მა, Cao-მ, Orkin-მა და კოლეგებმა BCL11A გენის გარშემო საინტერესო გენომური უბანი გამოავლინეს, რომელიც მაღალ HbF-სა და OHH-ის ტკივილის კრიზისების დაბალ სიხშირეს უკავშირდებოდა. Sankaran-ისა და Orkin-ის შემდგომმა მოლეკულურმა კვლევებმა დაადგინა, რომ BCL11A ზრდასრულის მომწიფებულ ერითროციტებში გენურ ტრანსკრიფციას თრგუნავს. პოტენციური მკურნალობის მტკიცებულებად Orkin-ის ჯგუფმა აჩვენა, რომ OHH-ის თაგვის მოდელში BCL11A-ს წაშლა პათოლოგიურ ჰემოლიზურ ანემიას ნორმალიზებდა, ერითროციტების რაოდენობასა და ჰემოგლობინს აღადგენდა და ნამგლისებრ ფორმას აქრობდა. შემდეგ Bauer-ისა და Orkin-ის ჯგუფებმა CRISPR-Cas9-ით BCL11A-ს ტრანსკრიფციული საკონტროლო უბნების ფართო მუტირებით განსაზღვრეს CRISPR-Cas9-ის ზუსტი სამიზნე ადგილები HPFH-ის მისაბაძად და HbF-ის ექსპრესიის აღსადგენად.

CRISPR Therapeutics-მა და Vertex Pharmaceuticals-მა ამ კვლევებით გამოვლენილი სამიზნე გამოიყენეს: BCL11A-ს ექსპრესიის მაკონტროლებელი ერითროიდსპეციფიკური ენჰანსერი. 2021 წელს OHH-ის მქონე ერთი პაციენტისა და ტრანსფუზიაზე დამოკიდებული β-თალასემიის მქონე ერთი პაციენტის კლინიკურმა მონაცემებმა ჰიპოთეზა დაადასტურა: BCL11A-ს გამოსართავად CRISPR-Cas9 რედაქტირებამ HbF გაზარდა და OHH პაციენტში ტკივილის კრიზისები, β-თალასემიის პაციენტში კი ტრანსფუზიაზე დამოკიდებულება გააქრო. მომდევნო 2 წელიწადში ნამკურნალები 30 OHH პაციენტიდან 29-ს სულ მცირე 12 თვე ვაზოოკლუზიური კრიზისი არ ჰქონია. ასევე, როგორც Locatelli და კოლეგები ახლა Journal-ში იუწყებიან, 35 β-თალასემიის პაციენტიდან 32 ტრანსფუზიისგან დამოუკიდებელი გახდა. ამ შედეგებმა ორივე მდგომარეობაში exa-cel-ის მარეგულირებელი დამტკიცება გაამართლა. არასამიზნე რედაქტირების ანალიზი დამაიმედებელი იყო, თუმცა უსაფრთხოების დასადგენად და იმის გასარკვევად, აცილებს თუ არა მკურნალობა OHH-ით გამოწვეულ მრავალ ორგანულ დაზიანებას, ხანგრძლივი დაკვირვებაა საჭირო.

დეტალებში დამალული სირთულეები

ეს წარმატება აღსანიშნავია, თუმცა სირთულეები რჩება. Exa-cel აუტოლოგიური ძვლის ტვინის ტრანსპლანტაციის ფარგლებში გენების რედაქტირებას მოითხოვს: ღეროვანი უჯრედების შეგროვებას, ex vivo გენურ გადატანასა და ინტენსიური თერაპიის სპეციალიზებული დონის ტრანსპლანტაციის პროცედურას, რომლის მართვაც აშშ-ის ყველა საავადმყოფოს არ შეუძლია.

ტრანსპლანტაციის ცენტრები მწირია შეზღუდული რესურსების მქონე რეგიონებში, მათ შორის სუბსაჰარულ აფრიკაში, სადაც OHH მილიონობით ადამიანს აქვს. ამასთან, exa-cel უკიდურესად ძვირია და მისი ფასი ერთ მკურნალობაზე 2,2 მილიონი დოლარია. ერთჯერადმა მკურნალობამ შეიძლება ფუნქციური განკურნება მოიტანოს, თუმცა უშვილობის რისკი ფართო მიღებისთვის დამატებითი დაბრკოლებაა. 2023 წლის მარტის ადამიანის გენომის რედაქტირების მესამე საერთაშორისო სამიტის საორგანიზაციო კომიტეტმა ხაზი გაუსვა პოტენციურად განმკურნებელ გენეტიკურ მკურნალობაზე თანაბარი წვდომის აუცილებლობასა და მკურნალობის დემოკრატიზების გზებზე მიმდინარე კვლევას.

პრეპარატების მასშტაბირება გენურ თერაპიებზე უფრო მარტივია. ახლახან დამტკიცებული voxelotor (Oxbryta, Pfizer) OHH-ში ნამგლისებრი ფორმის საწინააღმდეგო მკურნალობადაა დამტკიცებული, თუმცა განკურნებას არ იძლევა. HbF-ის ექსპრესიის გამომწვევი აბის შექმნა მაღალი პრიორიტეტია. CRISPR-ზე დაფუძნებულ რედაქტირებაში შემდგომი სიახლეები მოიცავს ფუძეთა და პრაიმ-რედაქტირებას, რომლებსაც HbS მუტაციის გადაწერა შეუძლია. პრაიმ-რედაქტირებამ შეიძლება მუტირებული ფუძე ჯანმრთელი ადამიანების ფუძით შეცვალოს.

თანასწორი და ხელმისაწვდომი მომავალი

უფრო ხელმისაწვდომმა და ხარჯეფექტიანმა მეთოდმა შეიძლება აუტოლოგიური ტვინის შეგროვების, ლაბორატორიული რედაქტირებისა და ძვლის ტვინის გადანერგვის საჭიროება გააქროს. ამის ნაცვლად ღეროვანი სამიზნე უჯრედების რედაქტირება შეიძლება CRISPR-ის შემცველი ძალიან პატარა გენშემკეთებელი მანქანების უშუალო ინტრავენური ან კუნთშიდა ინექციით მოხდეს. ვაქცინის მსგავსი მარტივი ერთჯერადი მკურნალობა გენეტიკური მედიცინის ერთ-ერთი მთავარი მიზანია და გლობალურ ჯანმრთელობაში თანასწორობას გაზრდის. სწრაფი პროგრესისა და ბოლო წარმატებების გათვალისწინებით მჯერა, რომ ეს მეთოდები ლაბორატორიიდან კლინიკაში გადავა და საბოლოოდ ყველასთვის ხელმისაწვდომი მკურნალობა გახდება.

გენების რედაქტირების ალტერნატივებიც მრავლდება

Exa-cel, როგორც გენების რედაქტირებაზე დაფუძნებული პირველი დამტკიცებული პრეპარატი, ღრმა გავლენას მოახდენს მის მიმღებ პაციენტებზე. ის მხოლოდ ერთია მრავალ პოტენციურად განმკურნებელ მკურნალობას შორის. HLA-თავსებადი და-ძმისგან ძვლის ტვინის გადანერგვა სტანდარტად რჩება, ჰაპლოიდენტური დონორების ახალი პროტოკოლები კი შთამბეჭდავ შედეგებს აჩვენებს. β-გლობინის ლენტივირუსული ვექტორით ჩანაცვლება (lovotibeglogene autotemcel [Lyfgenia, Bluebird Bio]) exa-cel-თან ერთ დღეს დამტკიცდა. არჩევანი რთული იქნება, რადგან ყველაზე უსაფრთხო და ეფექტიანი მიდგომა ჯერ სრულად განსაზღვრული არ არის. ფუნდამენტური და კლინიკურ-ტრანსლაციური კვლევების რთული მუშაობა უნდა გაგრძელდეს.

გენური რედაქტირების ორგანიზმში ეფექტიანად მიწოდება ინტრავენური ან კუნთშიდა ინექციით მიზნად ისახავს ყველასთვის თანაბარ და ხელმისაწვდომ მკურნალობას. ეს მიზანი, რომელიც 2018 წელს Cure Sickle Cell Initiative-მა Bill-ისა და Melinda Gates-ის ფონდის თანადაფინანსებით წამოიწყო, McCune-მა და Kiem-მა პრიორიტეტად განსაზღვრეს NEJM-ში გამოქვეყნებულ სარედაქციო წერილში. ძვლის ტვინის ღეროვან უჯრედებზე მიმართული პრაიმ-რედაქტირების ინტრავენური მიწოდების შესაძლებლობა OHH-ის თაგვის მოდელში დამტკიცდა. თუმცა კლინიკურ კვლევამდე მეთოდს შემდგომი დახვეწა სჭირდება. ტექნოლოგიური სიახლეების სისწრაფისა და ბოლო წარმატებების იმპულსის გათვალისწინებით ვფიქრობ, რომ ორგანიზმში რედაქტირების ეფექტიანი მიწოდება ლაბორატორიიდან კლინიკაში აუცილებლად გადავა და გენების რედაქტირებას თანაბარ და ხელმისაწვდომ მკურნალობად აქცევს.