19. Значение генной инженерии для медицины. Схема получения генно-инженерного инсулина. Принципы генной терапии.

Значение генной инженерии для медицины:

Генная инженерия представляет собой новое направление в сфере молекулярной биологии, которое получило широкое распространение во многих сферах медицины и биологии относительно недавно.

Генная инженерия позволяет целенаправленно, по заранее намеченной программе, экспериментально модифицировать геном с использованием генетической информации из разных гетерологических систем: вирусов, бактерий, насекомых, животных и человека. Применяя методы генной инженерии, ученые способны модифицировать структуру генов, а также создавать гибридные гены.

Благодаря генной инженерии стало возможным создание новых диагностических препаратов, вакцин и препаратов для заместительной терапии, а также лечение наследственных заболеваний.

Применение генной терапии в лечении такой патологии как первичные иммунодефициты является единственным терапевтическим методом, обеспечивающим полное излечение, что значительно улучшает качество жизни пациентов и снижает риск летального исхода. В последнее время рассматриваются новые варианты применения генной инженерии в трансплантологии и редактировании генома эмбрионов. Возможность применения этой инновационной технологии порождает множество биоэтических вопросов.

Среди многих достижений генной инженерии, получивших применение в медицине, наиболее значимое — получение человеческого инсулина в промышленных масштабах. Генные инженеры в качестве первой практической задачи решили клонировать ген инсулина. Клонированные гены человеческого инсулина были введены с плазмидой в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. Инсулин используют для лечения больных диабетом. Традиционно его получают из панкреатических желез свиней и коров, но гормоны этих животных слегка отличаются от инсулина человека. Считают, что инсулин животных часто вызывает побочные эффекты. Сейчас получают дешевый инсулин с помощью генно-инженерного метода путем химико-ферментативного синтеза гена инсулина с последующим введением этого гена в кишечную палочку, которая затем синтезирует гормон. Такой инсулин более «биологичен», так как химически идентичен инсулину, вырабатываемому клетками поджелудочной железы человека.

Сферы использования генной инженерии в медицине значительно расширяются. Так актуальной является

Генная терапия наследственных заболеваний заключается в замене мутантных генов на гены «дикого типа», в которых отсутствуют мутации. Разрабатывается и другой подход, когда введенный ген не заменяет дефектный, а компенсирует его функцию, встраиваясь в хромосому в другом месте.

Еще одной сферой использования генной инженерии в медицине является CAR-T-терапия. На сегодняшний день одним из наиболее перспективных направлений в терапии онкологических заболеваний является адоптивная клеточная иммунотерапия. При проведении такой терапии выделяют, активируют и размножают аутологичные T-лимфоциты, а затем вводят их обратно пациенту, что приводит к частичной регрессии или эрадикации опухоли. Введение Т-клеток, модифицированных химерными антигенными рецепторами (CAR-T-клеток), является одним из наиболее активно развивающихся направлений иммуноонкологии [6]. CAR-T-клетки представляют собой генетически модифицированные собственные Т-клетки пациентов, которые содержат химерный антигенный рецептор. Этот рецептор содержит в себе часть антитела, специфического к антигену опухоли и часть, рецептора Т-клеток. С использованием CAR-T-терапии получены обнадеживающие результаты при гематологических опухолевых заболеваниях. Так, клинические испытания CAR-T-клеток, направленных против В-лимфоцитарного антигена CD19, показали их эффективность при лечении резистентных к химиотерапии опухолей В-клеточного происхождения.

Схема получения генно-инженерного инсулина:

Для получения человеческих инсулинов используются генно-инженерные технологии: участок генома человека, ответственный за синтез инсулина, ассоциируют с геномом E. coli или дрожжевой культуры, в результате чего последние начинают продуцировать человеческий инсулин. Создание аналогов инсулина при помощи перестановок различных аминокислот имело цель получения препаратов с заданной и наиболее благоприятной фармакокинетикой. Так, у аналогов инсулина ультракороткого действия (лизпро, аспарт, глулизин) сахароснижающий эффект развивается уже спустя 15 мин после инъекции, которую можно делать непосредственно перед едой (или даже сразу после), тогда как инъекции простого человеческого инсулина необходимо делать за 30 мин до еды, что значительно менее удобно. Аналоги инсулина гларгин, детенир и деглудек, наоборот, характеризуются длительным действием, которое продолжается на протяжении суток, при этом особенность кинетики препаратов - отсутствие выраженных пиков концентрации в плазме. Используемые в настоящее время препараты инсулина и его аналогов выпускаются в концентрации 100 Ед/мл. По длительности действия инсулины подразделяются на четыре основные группы:

• ультракороткого действия (лизпро, аспарт, глулизин);

• короткого действия (простой человеческий инсулин);

• средней продолжительности действия (инсулины на нейтральном протамине Хагедорна, изофан);

• длительного действия (гларгин, детемир, деглудек);

• смеси инсулинов различной продолжительности действия.

Принципы генной терапии:

Основными методами генной терапии являются:

• добавление гена;

• ингибирование гена;

• заместительная генная терапия;

• уничтожение специфических генов.

Пути доставки генов в пораженные клетки:

1. ex vivo – пораженные клетки выделяют из организма, генетически модифицируют в культуре и снова вводят в организм пациента.

2. in vivo – в случае недоступности клеток или невозможности их эффективно культивировать используют прямое введение ДНК в клетки, находящиеся в организме.

Условия успешной генотерапии:

• обеспечение эффективной доставки чужеродного гена в клетки–мишени;

• обеспечение длительного функционирования его в этих клетках;

• создание условий для полноценной работы гена (его экспрессии).

Эффективность генотерапии определяется прежде всего механизмом доставки терапевтического генетического материала – так называемой «векторной системой».

Существуют вирусные и невирусные векторные системы. В настоящее время наиболее эффективной считается вирусная доставка генов (трансдукция), которая представляет собой упаковку ДНК в вирусную частицу. Перенос генов осуществляется путем нормальной вирусной инфекции, поэтому он эффективен и селективен по отношению к клеткам.

При невирусной доставке (трансфекция) клетки заставляют поглощать ДНК из окружающей среды. ДНК не упаковывается в вирусный вектор, а часто присутствует в составе плазмиды. В некоторых случаях плазмида сконструирована таким образом, что не способна реплицироваться в человеческих клетках, и тогда единственный путь достижения долгосрочной экспрессии – стабильная интеграция ДНК в геном.