Перемогти невиліковне генетичне захворювання, яке передається у спадок від батьків? Це можливо. Але лікувати хворобу доведеться не просто до народження дитини, а ще до того, як ембріон потрапить в матку — запевняють фіналісти конкурсу MBioS Challenge, група українських учених і медиків під керівництвом ембріолога Ольги Чаплі і генетика Оксани Півень. Персоналізована медицина такого рівня в світі поки що є перспективним напрямком, але в Україні є фахівці, які вже сьогодні здатні опрацювати методику, що дозволить запобігти передачі генетичної патології у спадок.
«В Україні одна з найсильніших клінічних ембріології в світі»
Ембріолог Ольга Чапля працює в столичній клініці репродукції «Вікторія». Клініка, яка є не тільки навчальною базою кафедри акушерства, гінекології та медицини плода НМАПО ім. П. Л. Шупика, а й одним з провідних центрів лікування безпліддя і спостереження вагітності, приймає пацієнтів з усіх країв України і з-за кордону, допомагаючи бездітним парам стати батьками.
Справа в тому, що Україна — одна з небагатьох країн світу з ідеальними умовами для розвитку клінічної ембріології. Крім великого штату висококласних фахівців в нашій країні дуже гнучке законодавство. У нас дозволене сурогатне материнство, донація яйцеклітин і сперматозоїдів, більш того, законодавство України досить лояльне до впровадження новаторських підходів у сфері репродуктивної медицини. Існує заборона на клонування, але інші маніпуляції з ембріонами, включаючи їх генетичну редакцію, на відміну від більшості інших країн, не заборонені. І всі подібні процедури в нашій країні можна провести значно дешевше, ніж в країнах ЄС або в Америці.
Завдяки такому сприятливому збігу обставин Україна може похвалитися як мінімум двома ембріологічними проектами світового рівня. Це «діти від трьох батьків» (пронуклеарне перенесення) — проект, що реалізується в київській клініці «Надія», і робота Інституту Генетики Репродукції по збільшенню кількості яйцеклітин у жінки за рахунок матеріалу полярних тілець. Перший проект заснований на унікальній технології, що дозволяє народити здорову дитину, коли в яйцеклітині матері є ушкодження її енергетичних станцій — мітохондрій. При цьому з донорської яйцеклітини зі здоровими мітохондріями видаляють її генетичний матеріал і замінюють його проядрамі яйцеклітини і сперматозоїда майбутніх батьків. Так з’являється ембріон, який має донорську цитоплазму зі здоровими мітохондріями і всю генетичну інформацію біологічних батьків. Варто зазначити: шість із семи народжених «дітей від трьох батьків» з’явилися саме в нашій країні.
В цілому, в Україні зараз одна з найсильніших клінічних ембріології в світі. Але через слабке фінансування науки кращий розвиток у нас отримують проекти комерційного напряму, а наукові проекти нерідко не отримують достатньої підтримки…
На стику генетики і ембріології
Генетик Оксана Півень з Інституту молекулярної біології і генетики НАНУ читала лекцію по CRISPR — технології, якою займається її команда. Після лекції Ольга Чапля підійшла до колеги і запропонувала спробувати об’єднати зусилля, щоб за допомогою «генетичних ножиць» CRISPR, що дозволяють редагувати ДНК людини, лікувати ембріони. Так з’явилася об’єднана команда і був вироблений підхід, здатний допомогти носіям генетичних захворювань народити здорових дітей.
Щоб пояснити суть методу, необхідно звернутися до шкільного курсу біології. Генетична інформація передається від батьків до дітей через ДНК. Окремі ділянки спіралі ДНК, що називаються генами, відповідають за різні особливості організму. І якщо деякі з генів пошкоджені, це може призвести до прояву тієї чи іншої хвороби. У багатьох випадках наука точно знає, пошкодження яких генів у батьків може передатися дитині і призвести до конкретного захворювання. Щоб уникнути цього, медики (в тому числі в лабораторії клініки «Вікторія») проводять генетичне тестування ембріонів, отриманих за допомогою штучного запліднення, і серед них відбирають тільки здорові. Саме такі ембріони отримують шанс вирости в матці у біологічної матері.
Однак команда Ольги Чаплі і Оксани Півень хоче змінити ситуацію, давши батькам шанс народити дитину навіть тоді, коли все ембріони виявляються ураженими генетичним захворюванням. Саме тут може стати в нагоді система «генетичних ножиць» CRISPR-Cas9. Щоб почати, команді потрібен пацієнт з генетичною патологією, яку він може передати своїм дітям. Щоб з’ясувати, які гени у нього пошкоджені і як саме вони мутували, необхідно провести процедуру секвенування геному, яка вже стала рядовою. За її допомогою визначається повна «карта» розташування на спіралі ДНК нуклеотидів, з яких складаються гени. Ідентифікувавши по цій «карті» конкретну мутацію гена у пацієнта, можна створити спеціальний генетичний конструкт. Говорячи просто, такий конструкт — це молекула, яку вводять в клітину, і вона допоможе системі CRISPR-Cas9 знайти і пошкодити тільки один потрібний «помилковий» ген-мутант.
Розумна жива клітина має репараційні системи, здатні відновити спіраль ДНК при її пошкодженні. Зазвичай ген представлений в двох копіях, і якщо одна з них здорова, то клітина сама може використати її як зразок для відновлення пошкодженої копії. Але для надійності або ж в тих випадках, коли обидві версії гена в ДНК були пошкоджені, в клітину вводиться зовнішнє джерело гена — одноланцюгова молекула ДНК з «правильною» послідовністю. Таким чином, клітина отримує необхідну їй інформацію для відновлення здорового гена після того, як з неї видалили ген з патологією, і, по суті, самовиліковується.
Перш ніж перейти до виправлення помилки в ДНК ембріона, систему потрібно перевірити на ДНК того з батьків, хто є носієм мутації. Робоча група Оксани Півень не тільки має робочу систему CRISPR-Cas9, але також може створити на основі генетичного матеріалу пацієнта культуру індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, тобто клітин, які можуть стати будь-якими «спеціалізованими» клітинами організму — нервовими, м’язовими і т. п. На культурі цих клітин, що мають всі ті ж мутації генів, що і сперматозоїд або яйцеклітина, можна перевірити точність роботи CRISPR-конструкту і при необхідності скоригувати його. А коли буде отримано конструкт, що працює адекватно, його вже можна буде застосувати для редакції геному ембріона.
Саме так можна зупинити передачу генетичного захворювання від батьків до дитини. І з цією ідеєю збірна команда генетиків і ембріологів вийшла на конкурс біомедтех стартапів MBioS Challenge, де зі своїм проектом дійшла до фіналу.
Ринкове питання
Генів, які можуть спровокувати хворобу, що веде до зниження якості життя, інвалідності і навіть смерті, на сьогодні вже відомо близько 10 000. Але є ще і мультифакторні патології, такі як атеросклероз, ожиріння, діабет та інші, які хоч і не є генетичними, але схильність до них може передаватися з генами. Крім того, є захворювання з пізньою маніфестацією — тобто ті, які проявляються ближче до старості. І для них теж виявлені гени, які дають високий шанс розвитку хвороби — наприклад, хвороби Альцгеймера. Відомі гени, які можуть призводити до аутизму і шизофренії… І всі ці гени потенційно можна відредагувати ще до потрапляння ембріона в матку, запобігаючи передачі їх дитині від батьків.
Спектр проблем, які може вирішити проект команди Ольги Чаплі і Оксани Півень, дуже широкий. В цілому, якщо сьогодні за даними ВООЗ приблизно 15% пар є безплідними, то 2-3% з них можуть бути потенційними клієнтами українських фахівців.
«Науковий прорив»
Все необхідне обладнання для ембріологічного етапу проекту є в лабораторії Ольги Чаплі в клініці «Вікторія». Підготовчий етап — створення культури індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, а також створення конструкту CRISPR-Cas9 і генетичний аналіз, — можна провести в лабораторії Оксани Півень. Але якщо з боку клініки «Вікторія» не потрібно вкладень — тільки дозвіл на використання дорогого устаткування, то для підготовчих робіт потрібно додаткове фінансування.
За попередніми оцінками вартість першого етапу становитиме близько $5000. Але на цьому етапі мова не йде про народження здорової дитини — це буде перевірка підходу на культурі клітин. І тільки згодом можна буде приступати до редагування ДНК ембріона. Ольга Чапля уточнює: «Це в першу чергу наукова робота, і в цьому проблема. Адже інвесторам цікаві проекти, які можуть принести прибуток в осяжному майбутньому».
Ідею команди Ольги Чаплі і Оксани Півень однозначно можна реалізувати, її буде комерціалізовано, і, як запевняє Ольга, при вкладенні $100 тисяч неодмінно буде отримано результат. Але це буде, в першу чергу, «науковий прорив». Це може бути успішна вагітність, але не можна виключати, що команда отримає лише розуміння того, які шляхи вирішення проблеми вірні, а які ведуть у глухий кут. Так, з цими результатами можна буде підготувати наукові публікації світового рівня, і від них можна буде відштовхуватися в подальшій роботі в області персоналізованої медицини. Але… гарантувати швидкий прибуток потенційному інвестору, на жаль, неможливо.
«Зухвала ідея, яку можна реалізувати»
Команда Ольги Чаплі планує подаватися на гранти, щоб отримати фінансування, але поки не має достатньо ресурсів для того, щоб подати заявку на участь в «Горизонт 2020» або в інший масштабній програмі. Через це проект української збірної медиків і учених поки що знаходиться «в режимі очікування». Але як тільки команда знайде джерело фінансування — вона приступить до проекту з високого старту.
— Подібні розробки в світі ведуться. Дієвість методу редагування ембріонів вже довела група Шухрата Міталіпова з США, яка виправила ген серцевої патології в ембріонах, і китайська група Синсю Хуаня, яка успішно відредагувала в ембріоні ген, що призводить до хвороби Марфана. Більш того, етичні комітети Великобританії і Японії прийшли до висновку, що геном ембріонів можна редагувати. Тобто незабаром британські та японські фахівці, а там і вчені всього світу, теж захочуть лікувати хворі ембріони за допомогою CRISPR-Cas, щоб носії
