действительно может все. Но на самом деле с помощью метода компьютерного моделирования не было пока получено ни одного
Адресная доставка лекарств становится все более популярной среди пропагандистов нанотехнологий. На ее примере удобно объяснять, зачем нужны новые технологии, ведь без лекарств, увы, никто не обойдется – и сейчас, и в будущем. Удобно объяснять, зачем нужны золотые наночастицы, фуллерены, углеродные нанотрубки и другие новомодные нанообъекты – их используют в качестве носителей для адресной доставки. Кроме того, это служит хорошей иллюстрацией необычных свойств нанообъектов. Действительно, не совсем понятно, почему, например, углеродные нанотрубки способны проникать сквозь клеточные мембраны или гематоэнцефалический барьер, которые служат непреодолимой преградой для меньших по размеру и сравнительно более простых молекул лекарственных веществ. И не просто проникать, но и протаскивать вслед за собой эти самые молекулы.
Акцентируя внимание на наночастицах, пропагандисты совершенно упускают из виду генную терапию. Возможно, это объясняется тем, что генные технологии – осознанно или по непониманию – долгое время не признавали частью нанотехнологий. Между тем технические приемы, используемые в генной терапии, ничем, по существу, не отличаются от методов создания “колесниц” для адресной доставки лекарств, более того, в генной терапии есть ряд оригинальных идей, которые могут быть полезны для разработки новых средств доставки лекарств.
Идея генной терапии проста и прозрачна: так как большинство тяжелых хронических болезней имеет генетическую природу, то для излечения необходимо исправить поломку в геноме, заменить дефектный ген на правильно работающий. С этой точки зрения генная терапия представляется универсальным методом лечения, причем, единственно правильным, поскольку лечит причину, а не следствия, как другие методы. Почему ученые пошли по пути введения целых генов, а не исправления точечных дефектов – мутаций? Ответ понятен всем, кто хоть раз сталкивался с ремонтом бытовой техники: проще, дешевле и надежнее заменить неработающую плату целиком.
Работы в этой области начались сразу же после того, как ученые научились выделять отдельные гены, составлять из них сборную, рекомбинантную ДНК и доставлять эту ДНК в клетки. Напомню, что произошло все это в начале 1970-х годов благодаря пионерским работам Берга, Бойера и Коэна. Первым средством доставки
Плазмиды – удобные векторы для доставки генов в бактерии, но для целей генной терапии они малопригодны. Мы, люди, устроены сложнее бактерий, и клетки нашего организма лучше защищены от проникновения “чужаков”. Кроме того, доставка трансгена в клетку – это только полдела, необходимо встроить его в ДНК, иначе вся затея теряет смысл. Отсюда, в частности, следует, что генная терапия сложнее адресной доставки лекарств. Тем не менее путь решения этой проблемы ученые нашли почти незамедлительно – в 1974 году Беатрис Минц и Рудольф Яниш предложили использовать в качестве векторов вирусы, об истории этого открытия я уже рассказывал. Гениальное решение! В ходе эволюции вирусы выработали способность проникать в клетки млекопитающих и встраивать свой геном в ДНК хозяина – то, что нужно!
Конечно, недостаточно просто ввести трансген в геном вируса. Необходимо еще лишить вирус возможности наносить вред нашему организму. Для этого надо как минимум удалить из его генома гены, которые кодируют синтез белков, формирующих вирусную оболочку. Но это ученые делать научились.
Этим не исчерпывается список проблем. На самом деле далеко не каждый вирус способен встраивать свой геном в ДНК хозяина, многим вирусам для размножения это просто не нужно. Этой способностью обладают так называемые ретровирусы, но вот незадача: простые ретровирусы не способны проникать в ядро неделящихся клеток, а ведь большинство клеток в организме взрослого человека делятся крайне редко или вообще не делятся. Но существуют и сложные ретровирусы, которые способны проникать в ядро неделящихся клеток. К ним относятся, в частности… вирус иммунодефицита человека ВИЧ и родственные ему вирусы. Что ж, делать нечего, исследователи пытаются получить векторы для генной терапии и на базе этих вирусов.
Еще две перспективные группы – это аденовирусы и аденоассоциированные вирусы. Последние представляют особый интерес, поскольку присутствуют в организме 90 % людей и считаются безвредными – в их геноме отсутствуют необходимые для размножения гены и поэтому для размножения им требуется совместное заражение аденовирусом или вирусом герпеса, которые несут недостающую генетическую информацию. В отсутствие заражения вирусом-помощником ДНК модифицированного аденоассоциированного вируса может интегрироваться в ДНК хозяйской клетки, где вводимый нами трансген будет работать, как ему и положено.
Это лишь некоторые примеры того, как ученые создают векторы для переноса генов на основе вирусов. Но давайте посмотрим на эти средства доставки под другим углом зрения. Они представляют собой сложенный из белков контейнер, внутри которого заключено действующее начало – молекула нуклеиновой кислоты с введенным трансгеном. Контейнер в большинстве случаев покрыт сверху дополнительной оболочкой, составленной, например, из фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран клеток хозяина. Эта оболочка нужна для введения в заблуждение клеток иммунной системы. Кроме того, оболочка может включать некие рецепторы, необходимые для распознавания клеток, наиболее пригодных для атаки вирусом. Не случайно ведь каждый вирус поражает определенные органы. Знакомые мотивы, не так ли? Вирусные векторы по своей конструкции практически идентичны описанным выше средствам адресной доставки лекарств, они состоят из множества нанообъектов – белков, нуклеиновых кислот, липидных слоев, и сама их сборка (само сборка) включает наиболее совершенные процессы нанотехнологий, как природные, так и созданные учеными.
Если в получении векторов для доставки генов достигнуты впечатляющие успехи, то самой генной терапии похвастаться пока особо нечем, несмотря на многолетнюю историю исследований.
В 90-е годы прошлого века внимание всех СМИ было приковано к попыткам излечения методом генной терапии тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД) – наследственного заболевания, проявляющегося в раннем возрасте. Излечения добиться не удалось, но ученые до сих пор упорно продолжают искать генетическое лекарство от этой редкой болезни. Гуляющая в медицинских кругах шутка, что число исследователей превышает число больных ТКИД, недалека от истины.
К сожалению, ситуация характерная. Во всем мире уже осуществлено или завершается более тысячи клинических испытаний различных методов генной терапии. Большинство из них нацелены на контроль и лечение рака и проводятся на смертельно больных пациентах. Другие разрабатываемые методики предназначены для лечения СПИДа. Имеются ободряющие экспериментальные результаты по лечению многих распространенных заболеваний, таких как муковисцидос, серповидноклеточная анемия, мышечная дистрофия, но ничего подобного полному или долговременному исцелению достигнуто не было.
Причина этого довольно очевидна: для излечения необходимо доставить правильно работающий ген во все дефектные клетки, в случае наследственных заболеваний это – все клетки организма. Такой своеобразный предельный случай адресной доставки лекарств, который на практике, скорее всего, реализовать не удастся.
Несколько более оптимистично (если здесь уместно такое выражение) выглядит ситуация с онкологическими заболеваниями. Ведь “раковый мятеж” клеток носит локальный характер, особенно на ранних стадиях течения болезни, кроме того, нам не нужно лечить клетку, нам нужно ее уничтожить. Применительно к генной терапии это означает внедрение в геном раковой клетки гена, который нарушит работу клетки, предотвратит ее безудержное деление или вызовет апоптоз – ее “самоубийство”. В этом случае задача, в сущности, сводится к описанному выше направленному транспорту, но с одним жестким требованием – трансген должен быть доставлен во
Кроме того, необходимо исключить попадание трансгена в здоровые клетки, которые без него работают нормально, а вот будут ли с ним – большой вопрос. В связи с этим многие специалисты полагают, что наиболее поддающимися лечению методом генной терапии будут нарушения системы кроветворения, поскольку клетками периферической крови можно манипулировать вне организма и возвращать их в организм пациента.
Несколько скептическое отношение к генной терапии обусловлено также тем, что на
