Человеку впервые ввели иммунные клетки, отредактированные CRISPR

Как эксперимент с пациентом, больным раком лёгкого, открыл новую эпоху клеточной терапии и почему его первые результаты оказались скромнее ожиданий

Пациент, с которого началась клиническая история CRISPR

28 октября 2016 года в больнице Западного Китая (West China Hospital) Сычуаньского университета состоялась процедура, за которой внимательно следило международное научное сообщество.

Пациенту с метастатическим немелкоклеточным раком лёгкого ввели его собственные Т-лимфоциты, предварительно подвергнутые генетическому редактированию.

Имя пациента не раскрывалось. Известно, что заболевание находилось на поздней стадии, а стандартные возможности лечения были ограничены.

Экспериментом руководил китайский онколог Ю Лу (You Lu), возглавлявший исследовательскую группу Сычуаньского университета.

Сама процедура внешне не представляла ничего необычного: пациенту внутривенно вводили клеточный препарат. Но за этой инфузией стояла технология, которая ещё недавно существовала преимущественно в экспериментальной биологии.

Исследователи впервые применили CRISPR-Cas9 для изменения человеческих клеток, предназначенных для последующего введения пациенту.

Это был не первый случай использования генетически модифицированных клеток в медицине. Однако именно 28 октября 2016 года началось клиническое применение технологии CRISPR.

Как изменить иммунную клетку, чтобы она лучше боролась с раком

Чтобы понять замысел исследователей, необходимо разобраться в одном из механизмов, благодаря которым опухоль избегает уничтожения иммунной системой.

Т-лимфоциты способны распознавать и атаковать патологические клетки. Но их активность регулируется системой молекулярных сигналов, предотвращающей чрезмерную иммунную реакцию и повреждение здоровых тканей.

Один из таких регуляторов — белок PD-1, расположенный на поверхности Т-лимфоцитов.

Когда PD-1 взаимодействует со своими лигандами, активность иммунной клетки подавляется. Некоторые опухоли используют этот механизм, чтобы ослабить противоопухолевый иммунный ответ.

К 2016 году фармацевтическая индустрия уже научилась воздействовать на этот путь лекарствами.

Например, ниволумаб (nivolumab) и пембролизумаб (pembrolizumab) — моноклональные антитела, блокирующие PD-1, — открыли новые возможности иммунотерапии различных онкологических заболеваний.

Но команда Ю Лу предложила принципиально другой подход.

Вместо того чтобы временно блокировать белок лекарственным препаратом, исследователи решили изменить саму иммунную клетку, нарушив работу гена PDCD1, кодирующего PD-1.

Для этого использовали систему CRISPR-Cas9.

Она состоит из направляющей РНК, позволяющей найти определённый участок ДНК, и фермента Cas9, способного разрезать молекулу в выбранном месте.

При последующем восстановлении ДНК в гене могут возникать изменения, нарушающие его функцию.

Именно этого добивались китайские исследователи: ослабить тормозящий сигнал PD-1, чтобы Т-лимфоциты потенциально эффективнее атаковали опухоль.

Однако устранение иммунного тормоза само по себе ещё не гарантирует, что клетка сможет распознать конкретную опухоль и уничтожить её.

Что именно сделали врачи

Процедура состояла из нескольких последовательных этапов.

Сначала из крови пациента выделили иммунные клетки.

Затем в лаборатории с помощью CRISPR-Cas9 исследователи попытались выключить в них ген PDCD1.

Полученные клетки культивировали и размножали, чтобы подготовить необходимое количество материала для введения.

После проверки качества клеточный препарат возвращали пациенту внутривенно.

Этот подход называется ex vivo — редактирование происходит вне организма.

Важно, что исследователи не вводили CRISPR непосредственно в тело пациента и не изменяли наследственную ДНК всех его клеток. Генетические изменения ограничивались обработанной популяцией иммунных клеток.

Такая организация процедуры позволяла проверить клеточный продукт до введения, хотя не устраняла все потенциальные риски.

Само изготовление препарата оказалось сложнее первоначальных ожиданий.

Исследование планировали начать ещё в августе 2016 года, но подготовка и размножение клеток потребовали дополнительного времени. Начало лечения также задержали октябрьские праздники в Китае.

Эта техническая деталь впоследствии оказалась важной для всей индустрии: способность отредактировать ДНК ещё не означает способность быстро, воспроизводимо и экономически приемлемо изготовить лекарство.

CRISPR не была первой технологией редактирования человеческих клеток

Историческое значение эксперимента требует существенного уточнения.

К 2016 году врачи уже использовали другие технологии изменения генома.

В 2014 году исследователи применили нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN), чтобы изменить ген CCR5 в Т-лимфоцитах пациентов с ВИЧ-инфекцией.

В 2015 году в Великобритании ребёнку с тяжёлой формой лейкоза применили донорские иммунные клетки, генетически изменённые с помощью технологии TALEN.

Следовательно, китайская процедура не была первым введением человеку клеток с искусственно изменённой ДНК вообще.

Её исторический приоритет заключался в другом: впервые для подготовки клеточного препарата, введённого пациенту, использовали именно CRISPR-Cas9.

Почему это имело такое значение?

Предыдущие технологии требовали создания специализированных белковых инструментов для распознавания нужного участка ДНК.

CRISPR предложила более гибкую систему, в которой выбор генетической мишени во многом определяется последовательностью направляющей РНК.

Это существенно расширяло возможности исследователей.

Появилась перспектива не просто создавать отдельные генетически модифицированные препараты, а разрабатывать целые платформы клеточной терапии с различными генетическими мишенями.

Четыре года спустя: что показали результаты

27 апреля 2020 года в журнале Nature Medicine исследователи опубликовали результаты первой фазы клинического испытания.

Именно тогда стало возможным оценить, насколько первоначальные ожидания соответствовали реальным данным.

Всего в исследование включили 22 пациента с распространённым немелкоклеточным раком лёгкого.

У 17 удалось подготовить достаточное количество отредактированных клеток для инфузии.

Но непосредственно лечение получили только 12 человек.

Уже эта разница демонстрировала одну из проблем индивидуализированной клеточной терапии: между включением пациента в исследование и изготовлением пригодного препарата существует сложный производственный и клинический процесс.

Результаты безопасности выглядели обнадёживающими.

Связанные с лечением нежелательные явления ограничивались первой и второй степенью тяжести. Тяжёлых нежелательных явлений, отнесённых исследователями к применению клеточного препарата, не зарегистрировали.

Анализ потенциальных изменений ДНК вне заданной мишени также не выявил высокой частоты таких событий в исследованных участках генома.

Медианная частота обнаруженных внецелевых изменений на 18 проверенных участках составляла 0,05%.

Однако это не означало доказательства абсолютной генетической безопасности: исследование было небольшим, а возможности выявления редких и отдалённых последствий ограничены.

Совершенно иначе выглядели данные противоопухолевой эффективности.

Объективного ответа опухоли, соответствующего стандартным критериям уменьшения её размеров, исследователи не зарегистрировали.

У двух пациентов наблюдалась стабилизация заболевания. В одном случае она сохранялась примерно 18 месяцев.

Медиана выживаемости без прогрессирования составляла 7,7 недели, медиана общей выживаемости — 42,6 недели.

Эти показатели нельзя интерпретировать как доказательство продления жизни благодаря терапии: исследование не имело контрольной группы, необходимой для такого сравнения.

Главная цель первой фазы состояла в проверке осуществимости и предварительной безопасности метода, а не в подтверждении его лечебного преимущества.

Почему редактирование удалось, а убедительного противоопухолевого эффекта не получилось

Результаты выявили несколько фундаментальных ограничений первоначального подхода.

Во-первых, эффективность редактирования клеток была сравнительно низкой. Не все клетки в приготовленном препарате получали необходимые генетические изменения.

Во-вторых, изменённые Т-лимфоциты не обязательно обладали достаточной способностью распознавать опухолевые антигены.

Выключение PD-1 снимает один из механизмов подавления иммунной активности, но не создаёт автоматически специфический иммунный ответ против конкретного рака.

В-третьих, у пациентов с далеко зашедшими опухолями иммунная система часто уже серьёзно нарушена заболеванием и предшествующими курсами лечения.

Даже технически успешное редактирование таких клеток не гарантирует восстановления их полноценной противоопухолевой функции.

Наконец, важным препятствием оставалась способность изменённых клеток сохраняться и функционировать после возвращения в организм.

Таким образом, исследование показало, что молекулярная точность технологии и клиническая эффективность препарата — совершенно разные характеристики.

Для успешного лечения необходимо не только изменить нужный ген, но и обеспечить достаточное количество жизнеспособных клеток, их активность, специфичность и устойчивость в организме.

Почему эта история важна сегодня

За десять лет, прошедших после первой инфузии, CRISPR-терапия продвинулась значительно дальше первоначальных онкологических экспериментов.

Особенно важным стал 2023 год.

В ноябре британский регулятор MHRA разрешил применение первой терапии на основе CRISPR-Cas9 — эксагамглогена аутотемцела (exagamglogene autotemcel, Casgevy).

Препарат разработали Vertex Pharmaceuticals и CRISPR Therapeutics.

Его предназначение принципиально отличалось от китайского эксперимента 2016 года.

Casgevy применяется при определённых тяжёлых наследственных заболеваниях крови — серповидноклеточной болезни и трансфузионно-зависимой бета-талассемии.

При изготовлении препарата редактируют собственные кроветворные стволовые клетки пациента, воздействуя на регуляторный участок гена BCL11A. Это позволяет усилить образование фетального гемоглобина, способного компенсировать последствия заболевания.

В отличие от первого исследования CRISPR-клеток при раке лёгкого, регистрационные испытания Casgevy продемонстрировали клинически значимые результаты по заранее определённым показателям эффективности.

Но даже успешная регистрация не устранила сложностей.

Такая терапия требует индивидуального производства клеточного препарата, предварительной подготовки костного мозга, специализированной клинической инфраструктуры и длительного наблюдения за пациентами.

Существуют и существенные ограничения доступности, связанные со стоимостью и сложностью лечения.

Поэтому история CRISPR сегодня — это уже не только вопрос о том, можно ли редактировать человеческие клетки.

Это вопрос о том, при каких заболеваниях генетическое редактирование действительно улучшает исходы лечения, насколько устойчив этот эффект и как превратить сложную технологию в доступную медицинскую помощь.

Для фармацевтической индустрии особенно важен опыт 2016 года.

Он показывает, почему впечатляющий механизм действия не может заменить клиническую проверку.

Создателям клеточной терапии необходимо одновременно решать задачи молекулярной биологии, производства, контроля качества, клинической эффективности и долгосрочной безопасности.

А разработчикам и регуляторам приходится искать баланс между скоростью внедрения новых технологий и необходимостью получать убедительные доказательства пользы для пациентов.