Генная терапия обратила эффекты смертельного мышечного расстройства у мышей

Новое исследование показывает, что восстановление уровня белка с помощью генной терапии может скорректировать двигательную функцию, восстановить нервные сигналы и улучшить выживаемость у мышей, служащих моделью смертельного детского заболевания — спинальной мышечной атрофии (СМА).

Это заболевание, приводящее к истощению мышц, возникает, когда двигательные нейроны ребенка — нервные клетки, передающие сигналы от спинного мозга к мышцам — производят недостаточное количество белка выживания мотонейронов (SMN). Снижение уровня именно этого белка в двигательных нейронах (а не в других клетках тела) вызвано отсутствием одного гена.

Исследователи использовали модифицированный вирус для доставки фрагмента ДНК, производящего белок SMN, в вены новорожденным мышам в возрасте от 1 до 10 дней. Вирусный вектор с SMN, введенный самым молодым мышам, достиг почти половины их двигательных нейронов. Это привело к улучшению мышечной координации, правильной работе электрических сигналов к мышцам и увеличению продолжительности жизни по сравнению с нелеченными мышами.

«Мы заменяем то, что, как мы знаем, утрачено. И мы показали, что если ввести белок после рождения, это исправит генетический дефект», — сказал Артур Бёргес, профессор молекулярной и клеточной биохимии в Университете штата Огайо и старший соавтор исследования. — «Эта методика корректирует состояние мышей значительно лучше, чем любые исследуемые "коктейли" лекарств для потенциального лечения людей».

Спинальная мышечная атрофия — генетическое заболевание, которое поражает примерно одного из каждых 6000 новорожденных в США и может приводить к смерти некоторых заболевших детей до 2 лет. По данным Национальных институтов здоровья (NIH), существует много типов СМА, а продолжительность жизни зависит от влияния болезни на дыхание. Лекарства нет, но медикаменты и физиотерапия помогают бороться с симптомами.

Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.

Ученые использовали специальную форму вируса для доставки белка SMN в нервные клетки мышей. Этот вирус сохранил способность инфицировать клетки, но был изменен так, чтобы не копировать себя и не вызывать болезнь у людей.

Лаборатория ранее установила, что этот конкретный вирусный вектор может преодолевать гематоэнцефалический барьер, что необходимо для доставки белка к нервным клеткам спинного мозга. В этом исследовании группа также продемонстрировала этот эффект, вводя внутривенно некоторым мышам-моделям заболевания зеленый флуоресцентный белок в качестве маркера пути вируса в организме. Через 10 дней после инъекции 42% спинальных мотонейронов у этих мышей содержали флуоресцентный белок.

Аналогично, мыши со СМА, получившие белок SMN через вирусный вектор в возрасте 1 дня, показали увеличение уровня белка в мозге, спинном мозге и мышцах в течение 10 дней, хотя уровни оставались ниже, чем у нормальных мышей.

Эти более высокие уровни белка оказались достаточными для обращения вспять эффектов болезни. Это важно, поскольку, основываясь на данных по мышам, считается, что болезнь поражает людей с уровнем SMN ниже примерно 20% от нормы. При этом люди с 50% от ожидаемого количества белка в мотонейронах не имеют этого расстройства.

Кроме того, для обращения болезни, по-видимому, достаточно однократного лечения генной терапией, в отличие от исследуемых лекарственных методов, которые могут повышать уровень белка SMN, но требуют пожизненного приема препаратов.

В этом исследовании ученые тестировали мышей со СМА после лечения на способность переворачиваться в нормальное положение и на наличие электрических сигналов от нервных клеток к мышцам.

• В течение 13 дней после инъекции 90% леченых мышей обладали мышечной координацией, необходимой для того, чтобы перевернуться так же быстро, как нормальные животные. К этому времени нелеченые мыши со СМА уже страдали от симптомов, не позволявших им перевернуться.
• Мыши, пролеченные в 1-й день, также были почти идентичны нормальным мышам в способности бегать в колесе.
• Что касается восстановления нервных импульсов, то через 90 дней после генной терапии не было разницы в нервных импульсах между лечеными мышами со СМА и нормальными мышами, что указывало на правильное развитие нервов к мышцам.

Леченые мыши со СМА также набирали вес и жили значительно дольше нелеченых мышей с этим заболеванием. Некоторые мыши были еще живы, когда статья была подана в печать, через 250 дней после лечения.

Настолько драматичные улучшения наблюдались только у мышей, получивших SMN в первые два дня жизни. Более позднее введение снижало эффективность коррекции.

«Мы еще не знаем точного временного окна, когда [терапия] способна попасть в нужные клетки у человека. Это месяц после рождения или неделя? Это все еще вопрос», — сказал Каспар.

Проблему осложняет тот факт, что симптомы СМА обычно не очевидны у младенцев, а единственная существующая методика скрининга новорожденных не внедрена, поскольку считается чрезмерно дорогой.

«Так что если у вас есть методика, которую нужно применить рано, то вам нужен скрининг новорожденных», — отметил Бёргес.

Исследователи надеются перейти к клиническим испытаниям этой методики генной терапии на людях, как только будут проведены необходимые токсикологические эксперименты и федеральные регуляторы дадут разрешение. Данное исследование должно помочь ускорить процесс, поскольку в него было включено однократное лечение 1-дневного макака вирусным вектором с зеленым флуоресцентным белком. Эксперимент показал, что лечение преодолело гематоэнцефалический барьер и у этого вида и проникло в двигательные нейроны.