https://frosthead.com

Genová terapie v novém světle

Malý, bez okenní prostor v dětské nemocnici ve Filadelfii vypadá jako vyšetřovací místnost jakéhokoli očního lékaře, s nastavitelnou židlí a půl tuctem strojů pro testování zraku. 20letý pacient však z Albuquerque nepronikl, aby získal nové brýle. Alisha Bacoccini, která má krátké vlasy se zelenými pruhy a zelenýma očima, se narodila s poruchou způsobenou nefunkčním genem v jejích sítnicových buňkách, který od narození zmenšuje její zrak. Nyní vidí jen bledé a rozmazané tvary. „Když se na tebe podívám, nevidím barvu očí, akné nebo tvé obočí, ale vidím, že tam někdo je, “ říká. Její vidící oční pes, Tundra, černý labradorský retrívr, sedí u nohou.

Z tohoto příběhu

[×] ZAVŘÍT

Dva z předních vědců v oblasti genové terapie doufají, že v experimentální operaci zlepší pohled pacientů

Video: Odborníci na genovou terapii se dívají dopředu při léčbě slepoty

Související obsah

  • Hudební seznamy skladeb uklidňující vaši mysl
  • Velké naděje na nový druh genu

O měsíc dříve, v experimentální léčbě, vědci vstříkli Bacocciniho pravé oko - nejhorší - miliardami pracovních kopií genu pro sítnicové buňky. Nyní zjistí, zda léčba fungovala.

Jean Bennett, lékařka a molekulární genetička, nechala Bacoccini opřít čelo o malý bílý stroj, který zábleskem světla do jednoho oka, pak do druhého. Tento pupillometr ukáže, jak dobře Bacocciniho oči reagují na světlo. „Dobře, jeden, dva, tři, otevřené, “ říká Bennett a opakuje postup 16krát. Na obrazovce počítače v zatemněné místnosti jsou Bacocciniho žáci dva obří černé kruhy, které se s každým pulsem světla stále mírně stahují. Další výzkumník doprovodí Bacocciniho k dalšímu testovacímu zařízení. O půl hodiny později, Bennett říká: "Právě jsem se podíval na vaše výsledky žáků. Dobré zlepšení."

„To je dobré, “ řekla Bacoccini, i když zněla nejistě. Od několika dnů po injekci viděla z toho oka více světla, říká, ale věci vypadají rozmazaně. Když se snaží pravým okem číst obří oční graf, není o nic lepší než dříve - může si vybrat jen několik dvou palců vysokých písmen ze vzdálenosti 16 palců. Oko je opět červené od operace. Bennettův manžel Albert Maguire je chirurg sítnice, který operoval na Bacoccini. Nahlédne do jejího oka a říká, že se povrch ještě nezhojil a dodal: „Doufejme, že to je všechno.“

Vyhlídka na použití genové terapie k léčbě nemocí - zejména zděděných nemocí, které zahrnují jeden errantový gen, jako je srpkovitá anémie a cystická fibróza - vedla vědce po desetiletí. Pokud by existoval nějaký způsob, jak dát pacientovi dobrou verzi implikovaného genu, uvažuje by to, mohlo by to napravit nebo zabránit poškození způsobenému zděděným špatným. Tato zdánlivě jednoduchá myšlenka se v praxi ukázala jako nečekaně složitá. V posledních 18 letech byly provedeny stovky studií genové terapie člověka pro mnoho nemocí, od hemofilie po rakovinu. Ale téměř všichni selhali kvůli obtížím se dostat pracovní gen do buněk, aniž by také způsobil škodlivé vedlejší účinky.

Až do loňského roku působila genová terapie jednoznačně proti pouze jednomu onemocnění, vzácnému postižení zvanému těžká kombinovaná imunodeficience (SCID), které je způsobeno vadou některého z mnoha genů potřebných k produkci bílých krvinek. Onemocnění nechává imunitní systém neschopný bojovat s infekcemi a obvykle vede k smrti v dětství. To je také nazýváno “bublinkovým chlapcem” nemoc, po jednom slavném pacientovi, David Vetter, kdo žil do věku 12 ve sterilní plastové bublině. Od poloviny 90. let 20. století evropští vědci vyléčili asi 30 dětí pomocí SCID vložením vhodného funkčního genu do kostní dřeně. Ale i tento úspěch byl smíchán s tragédií: u pěti dětí se vyvinula leukémie a jedna zemřela. U těch pacientů, kteří měli konkrétní variantu onemocnění, terapeutický gen po sloučení s DNA pacienta náhodně zapnul gen způsobující rakovinu. Vědci nyní testují způsoby, jak bezpečnější genovou terapii pro SCID.

Americký výzkum v oblasti genové terapie byl podstatně zastaven poté, co 18letý Jesse Gelsinger, který trpěl na dědičné onemocnění jater, zemřel v roce 1999 na selhání více orgánů, zatímco se účastnil experimentu genové terapie na University of Pennsylvania. Zprávy o smrti vyvolaly pobouření ve vědecké komunitě a slyšení v Kongresu, kdy otec teenagera Paul Gelsinger a další obvinili vědce z Pennu, že jsou příliš unáhleně na to, aby otestovali léčbu u lidí. Podle Food and Drug Administration vědci dostatečně varovali Gelsinger a jeho rodinu před riziky experimentu. Hlavní výzkumný pracovník také neprozradil, že měl finanční podíl ve společnosti, která získala, pokud by léčba byla úspěšná. "Byly to strašné dny. Pole skončilo, " říká Leon Rosenberg, lidský genetik z Princetonské univerzity, který provedl rané laboratorní studie o jaterních onemocněních, které měl Gelsinger. "Integrita vědy byla ohromně poškozena."

Bennett a Maguire se připojili k lékařské fakultě Penn v roce 1992. Jedním z jejich kolegů je James Wilson, který dohlížel na studii, ve které Gelsinger zemřel. FDA následně Wilsonovi zakázal provádět lidské experimenty. Bennett a Maguire se však do této studie nezapojili. Jejich experimentální genová terapie začala v roce 2007 po letech revize federálních regulátorů, dětské nemocnice a Pennových výborů zřízených za účelem řešení etických a bezpečnostních problémů vyvolaných Gelsingerovou smrtí.

Letos v květnu jejich tým a samostatná britská skupina informovali o prvních nadějných zprávách o genové terapii v letech: technika mohla léčit slepotu. Pacienti ve studii měli onemocnění zvané Leberova vrozená amauróza (LCA). Tři pacienti, kteří byli léčeni Bennettem a Maguirem, dokázali přečíst několik řádků oční mapy, než dokázali předtím. Jeden 26letý muž znovu získal dost zraku, aby prošel bludištěm. „Nemohl jsem tomu uvěřit, “ říká Bennett. Přinutila ho znovu projít bludištěm.

Studie byla malá a pacienti jsou stále právně slepí, ale jejich skromné ​​zlepšení a zjevná bezpečnost léčby vzbudily naděje pacientů a vědců z celého světa. Nyní Bennett a Maguire rozšiřují výzkum na více pacientů s LCA, včetně Bacoccini, aby otestovali, zda pacienti mohou bezpečně přijímat vyšší dávky terapeutického genu.

Rosenberg říká, že je „potěšen“ pro Bennetta - který byl postdoktorandským výzkumníkem ve své laboratoři v roce 1987 - a pro pole. "Jsem opět optimistický ohledně genové terapie a nebyl jsem chvíli, " říká. "Doufejme, že před koncem tohoto desetiletí budou dva nebo tři další příklady."

Pro Bennetta (54) a Maguire (48) se zdálo, že věda je v jejich genech. Bennettova matka Frances vyučovala středoškolskou literaturu a její otec, William, byl populárním profesorem fyziky v Yale, který v roce 1960 spoluvytvářel plynový laser při práci v Bell Labs v New Jersey. Bennett si pamatuje, že jí bylo 6 let a viděla, jak její otec po večeři závodil do laboratoře, aby pracoval do úsvitu; zařízení později vedlo k přehrávačům kompaktních disků a snímačům cen supermarketů.

Zajímala se spíše o biologii než o fyziku. „Milovala jsem tvory, “ říká a trávila mnoho šťastných hodin sledováním mikroskopu svého otce na bažinovou vodu a listí. Po studiu na Yale šla na kalifornskou univerzitu v Berkeley, kde získala doktorát z vývojové biologie pomocí mořských ježků, místo toho ji však přitahovala nová výzkumná problematika vkládání specifických cizích genů do myší a jiných zvířat - předchůdce genová terapie. Několik měsíců strávila v letech 1981 a 1983 v National Institute of Health v Bethesda v Marylandu v laboratoři, kde vědci plánovali některé z prvních pokusů o genovou terapii. „Byl to záblesk toho, že se to stane, což mě nadchlo. Chtěl jsem tam být, když se pole vyvíjelo, “ vzpomíná Bennett. Aby získala klinické vzdělání, které potřebovala, šla do Harvardské lékařské fakulty, kde se setkala se svým budoucím manželem v první roční třídě anatomie.

Maguire také přišla z rodiny vědců. Jeho otec, Henry, byl dermatolog a nyní je výzkumníkem vakcíny proti rakovině v Pennu a jeho matka, Elise, tam pracovala jako výzkumná asistentka. Henry měl šedý zákal a později oddělení sítnice. Když byla Maguire na střední škole, spravoval oční kapky svého otce - jeho nejranější vpád do oční léčby. Na lékařské fakultě Maguire pracoval v laboratoři, která studovala choroby sítnice způsobené dědičnými genovými defekty. Vzpomíná si, že se v té době ptal Bennetta, zda by se daly špatné geny opravit. „To dává smysl, “ řekla mu. "Pojďme na to."

Oko je zvláště vhodné pro genovou terapii. Buňky, do kterých musí být vložen nový gen, jsou omezeny na malou oblast; sítnice obsahuje pouze několik milionů buněk. A co víc, na rozdíl od většiny buněk se sítnicové buňky nerozdělují poté, co je osoba stará 3 měsíce, takže vědci nemusí nový gen dostat do budoucích generací buněk. To znamená, že nový gen nemusí stehovat do existující DNA buněk, která se replikuje, když se buňka dělí. Udržování terapeutického genu odděleně od pacientovy DNA je bezpečnější; u pacientů s SCID, u kterých se vyvinula leukémie, byl zavedený gen začleněn do blízkosti genu způsobujícího rakovinu a náhodně jej zapnul. Oko je také imunoprivilegováno, což znamená, že imunitní systém má tendenci ignorovat cizí materiál, který je tam představen. U některých pokusů s genovou terapií byl útěk imunitní odezvou problém a právě to zabilo Jesseho Gelsingera. „S výběrem cílového orgánu máme velké štěstí, “ říká Maguire.

Zatímco Maguire trénoval, aby se stal chirurgem sítnice, Bennett se nadále specializovala spíše na výzkum než na klinickou práci, následovala svého manžela po celé zemi kvůli jeho stáži, pobytu a stipendiu. Komplikovali věci a cestovali s batolaty. V posledním ročníku lékařské fakulty měli novomanželé své první dítě - „náš seniorský projekt“, říkají tomu. Brzy následovaly další dvě děti.

V roce 1989, během jedné z posledních tréninkových zastávek Maguire, v Royal Oaks v Michiganu, Bennett zřídil provizorní laboratoře v budově vedle dveří do nemocnice a ve sklepě jejich domova. Provedli to, co považovali za první experiment genové terapie zahrnující sítnici. Pomocí myší a králíků injikovali gen pro enzym, který se nachází v bakteriích. Použili barvivo, aby odhalili, zda oční buňky vybudovaly enzym, a experiment byl úspěšný: sítnice zvířat se zbarvily modře po dobu asi dvou týdnů.

V Pennu publikovali jeden z prvních dvou článků, které ukazují, že virus s cizím genem by ho mohl přenést do oční tkáně, v tomto případě u myší. (Tato strategie, běžná v experimentech genové terapie, v podstatě kooptuje schopnost viru replikovat se vstřikováním vlastního genetického materiálu do buněk.) Bennett a Maguire později vložili terapeutické geny do očí některých irských osadníků se zděděnou slepotou. Ale Bennett si myslel, že zlepšení psů nebylo natolik přesvědčivé, aby si vyžádalo lidskou zkoušku. Potřebovali jednoduchou, pomalu progresivní formu slepoty, která souvisí s nemocí, která postihuje lidi. V roce 1998 se ve Švédsku dozvěděli o plemeni briard psů s oční chorobou, která byla u kočky způsobena jednou z genetických mutací nalezených u některých pacientů s LCA.

Asi 3 000 lidí ve Spojených státech trpí LCA, která zahrnuje několik různých poruch slepoty, které začínají v dětství a jsou způsobeny mutacemi v kterémkoli z několika genů, z nichž jeden se nazývá RPE65. Obsahuje pokyny pro enzym klíčový pro buňky vnímající světlo sítnice, pruty a kužely; enzym přeměňuje vitamín A na formu, kterou tyčinky a kužely používají k vytvoření potřebného pigmentu, rhodopsinu. U lidí, kteří zdědí špatnou kopii genu RPE65 od každého rodiče, jsou tyčinky a kužely zbaveny rodopsinu, selhávají a nakonec umírají.

Bennett, Maguire a spolupracovníci použili virus zvaný adeno-asociovaný virus k vložení dobré kopie genu RPE65 do tří mladých briardů. Dva geny viru AAV byly nahrazeny genem RPE65 plus řetězec DNA, který zapíná gen. Psi znovu získali dost vidění, aby mohli procházet bludištěm. „Bylo to fantasticky vzrušující, “ říká Bennett. Jeden pes, Lancelot, se stal druhem plakátu pro genovou terapii, třesl tlapy s lidmi na tiskových konferencích a sbírkách.

Na chodníku před kanceláří Bennett předvádí jednoho z více než 50 psů, které ošetřili. Venuše, středně velký briard s hnědými, drátěnými vlasy, se napíná na vodítku a zřejmě by rád odjížděl, ale sedí, aby ji nechala návštěvníka pohladit. „Když sem přišla, nemohla nic vidět. Krčila se v rohu nebo v kleci, aby jí ucpávala zuby lidem, “ říká Bennett. To bylo před rokem, než tým Bennett / Maguire ošetřil tehdy 1letého v obou očích genovou terapií. Přestože je Venuše stále slepá, může nyní Venuš poskakovat přes překážky podél chodby a chytit tenisový míček. „Její chování se změnilo, “ říká Bennett. "Vidí v obou očích dobře. Je to velmi šťastný pes."

Když se poprvé pokusili o léčbu u lidí, Bennett a Maguire neočekávali, že se jejich pacienti zlepší stejně jako psi. Lékaři nejprve testovali bezpečnost a použili nízké dávky viru a genu. A jejich první pacienti, všichni z oční kliniky v Itálii, kteří testovali genetické vady nevidomých pacientů, byli 26letá dvojčata a 19letá. V tomto věku nemají pacienti s LCA mnoho tkáně sítnice. Většina z nich je do 40 let zcela slepá.

Přesto Bennett a Maguire nevěděli, co očekávat, když ošetřili prvního pacienta, jednoho z dvojčat. Byl anestetizován, pak Maguire provedl několik malých řezů a nahradil gelovitý sklovitý materiál v lidském oku roztokem soli, aby Maguire mohl snadněji manévrovat jehlou. Mikroskopem protáhl tenkou vlasy jehlou bílou okou, dokud se nedotkl sítnice. Injektoval 150 mikrolitrů roztoku (kapka velikosti hrachu), který obsahoval 15 miliard kopií AAV viru s genem RPE65. Virus je považován za extrémně bezpečný doručovací mechanismus - nemůže se replikovat sám o sobě a nezpůsobuje onemocnění u lidí.

Přesto tu noc „vůbec jsem nespal, “ říká Maguire, který se obával imunitní reakce. K jeho úlevě nebyl žádný.

I když byla dávka nízká, Bennett říká, že když poprvé pohlédla na údaje o pupillometrii mladého muže, byla „okamžikem Eureka“ - toto oko cítilo více světla. Několik měsíců po experimentální terapii všichni tři pacienti viděli více světla. Dva, kteří dříve viděli pouze pohyby rukou, dokázali přečíst tři nebo čtyři řádky očního diagramu.

Zrak všech tří pacientů se stále zlepšuje, říká Bennett. 19letý muž, který se vrátil do Itálie, již nepotřebuje pomoc chodit v noci.

Když se Alisha Bacoccini narodila, její matka, Eve Skidmore, mohla okamžitě říct, že se něco stalo. Zdálo se, že se Alisha soustředila pouze na jasné světlo, jako je okno nebo lampa, říká Skidmore. Myslela si, že její dcera možná bude potřebovat jen brýle, ale oftalmolog řekl, že holčička oslepla a nedalo se nic udělat. Ona byla diagnostikována s progresivní oční chorobou v 11 měsících a genetický test nakonec identifikoval nemoc jako LCA. Jako dítě mohla Alisha stále dobře vidět, aby mohla hrát fotbal s bílou koulí na zelené trávě. „Byla velmi rychlá, “ říká Skidmore, který se rozhodl nevidět míč ve vzduchu. Kolem osmé třídy Alisha ztratila i tuto omezenou vizi.

Dnes může číst text na světlé obrazovce počítače, ale ne v knize. Pracuje jako masážní terapeutka. Pokud by viděla lépe, její vysněnou prací by bylo pracovat jako forenzní patolog - pohltí romány Patricie Cornwellové na pásce. Skidmore si přeje, aby její dcera mohla získat dostatek zraku „aby viděla hvězdy na obloze a duhu, protože to nikdy neviděla.“

Bacoccini říká, že si uvědomuje, že její zrak se nemusí zlepšit ve studii genové terapie a může se dokonce zhoršit. Dobrovolně se zúčastnila, aby mohla „pomoci přijít na to, jak napravit slepotu“, říká.

Tři měsíce poté, co Maguire injikovala Bacocciniho oči virům nesoucím sítnicový gen, byla její oči desetkrát citlivější na světlo a její periferní vidění se zlepšilo, ale nedokázala přečíst oční graf lépe než předtím. Bennett říká, že existuje několik důvodů, že léčba pro ni nemusí dobře fungovat - například nervové obvody mezi Bacocciniho očima a mozkem již nemusí fungovat správně.

Bacoccini je součástí druhé fáze studie, která poskytla třem pacientům s LCA větší dávku genové terapie, než dostali první tři dobrovolníci. Jedním z dalších pacientů ve skupině Bacoccini je devítiletý belgický chlapec, který dosud vykázal některé z nejdramatičtějších zlepšení. Poprvé vidí podrobnosti o tvářích a už nepotřebuje speciální zvětšovací zařízení, aby viděl tabuli ve škole. Čím mladší pacient, Bennett a Maguire, věří, tím větší šance má dvojice na zvrácení slepoty způsobené LCA. Nakonec doufají, že budou léčit děti.

Biomedicínský výzkum často zahrnuje velké týmy spolupracovníků, ale studie genové terapie jsou extrémním případem. Loni v novinách v časopisu New England Journal of Medicine, který oznamuje počáteční úspěch genové terapie pro slepotu, bylo uvedeno 32 spoluautorů, od molekulárních biologů, kteří vytvořili virus, až po italské lékaře, kteří našli pacienty. Bennett, hlavní autorka, řídí tuto skupinu z malé kanceláře mimo její laboratoř. Prostor je přeplněný poznámkovými bloky a složkami a zdobený připnulými fotografiemi jejích tří dětí, obálkami časopisů a několika obrázky Lancelotu, nyní 8 let a stále dobře viditelných.

Maguire tvrdí, že jeho role při podávání injekcí pacientům je menší: „Jen naložím náklaďáky.“ Nakonec je však jedním z klinických odborníků. „U nemocí [zděděné slepoty] existuje obrovské emoční překrytí, “ říká. „Doktoři je vždy považovali za nevyléčitelné a řekli pacientům, že pro vás nemůžeme nic udělat. Skutečnost, že se to zdá být funkční, je velmi vzrušující.“

Úspěch soudu LCA přinesl Bennettovi a Maguirovi velkou pozornost - „nepříjemné množství pozornosti, “ říká - včetně pozvání členů Kongresu, aby je stručně informovali o práci. Zdá se však, že to duo pokročilo. Bennett denně uskutečňuje půl tuctu telefonních hovorů a e-mailů od nevidomých pacientů nebo jejich rodičů, kteří slyšeli o studii LCA. „Odpovídám na všechny. Všichni tito lidé jsou opravdu rozrušeni tím, že jsou slepí nebo slepí, “ říká. Jistě, je nepravděpodobné, že by se vešly do LCA pokusu, protože nemají správnou genetickou závadu. Ale řekne jim, aby byly stejně testovány na geny slepoty, protože léčba jejich onemocnění genovou terapií se může objevit během několika let.

Brzy Maguire a Bennett očekávají, že začnou experimentovat s habešskými kočkami s LCA způsobeným genovou mutací odlišnou od té, na kterou se dosud zaměřili. Plánují také klinickou studii genové terapie pro formu Stargardtovy choroby nebo juvenilní makulární degenerace, která postihuje asi 25 000 lidí ve Spojených státech a které úspěšně léčili myši navržené tak, aby tuto chorobu měly. Nyní, když se ukázalo, že genovou terapii lze bezpečně provádět v oku, společnosti zkoumají způsoby, jak tuto techniku ​​použít k léčbě nemocí, které nemusí být nutně genetického původu. Například zavedení genu, který řídí růst krevních cév, může zpomalit makulární degeneraci související s věkem, která postihuje více než deset milionů Američanů.

Navzdory jejich vysoce letícím lékařským úspěchům se Bennett a Maguire snaží pracovat v poražených desetiletých autech. Doma se uvolňuje zahrádkou a hraním na klavír její babičky a maluje podrobné farmářské scény lidového umění - vykresluje „každou stéblo trávy“, říká Bennett. („Je tu trochu obsedantně-kompulzivní porucha, “ vysvětluje Maguire o svých koníčcích.) Jejich nejmladší dítě odešlo na vysokou školu, ale starají se o dva psy, akvárium ryb a želv a asi 15 finches - Maguireho poslední koníček pozoruje chování ptáků. Rodina „má vysokou prahovou hodnotu pro nepořádek, “ říká Maguire.

Bennett zůstává vzhůru pozdě v noci, píše zprávy a podává žádosti a plánuje další experimenty. Je poháněna stejně jako její otec, když pracoval na plynovém laseru. „Je tu neuvěřitelné vzrušení, že se chystáte něco prolomit bariéru, “ říká.

Jocelyn Kaiser pokrývá biomedicínský výzkum a politiku pro časopis Science .
Stephen Voss nedávno fotografoval degradaci životního prostředí v Číně. Oba žijí ve Washingtonu, DC

Genová terapie v novém světle