Майк Трентер – Мозг. Советы ученого, как по максимуму использовать самый совершенный в мире орган (страница 23)

Благие намерения медицины заключаются в улучшении стандартов здравоохранения и обеспечении более долгой и счастливой жизни. Кажется, что это простая задача, но она связана с большими сложностями. Наш мозг способен на невероятные вещи, однако эта способность сопряжена с большим риском возникновения ошибок. Заболевания, поражающие мозг в течение жизни, со временем станут предотвратимыми или обратимыми до такой степени, что качество жизни того, кто ими страдает, практически не будет отличаться от качества жизни здорового человека.

Дегенерация клеток мозга, наблюдаемая при болезнях Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, – это проблема, которая остро нуждается в инновационных методах решения.

В настоящее время проводятся сотни клинических исследований, посвященных нейродегенерации, но, поскольку многие оказываются неуспешными, они редко приносят пользу пациентам. Как правило, проходит не менее двух лет, прежде чем эксперименты в этой области успевают привести к каким-либо положительным результатам. Хотя врачам бы хотелось, чтобы в состоянии пациента сразу произошли очевидные изменения к лучшему, исследования обычно показывают лишь небольшие положительные изменения в когнитивных способностях, которые еще нужно доказывать.

Тем не менее будущее медицинских процедур кажется многообещающим. Хотя прошло более 18 лет с того момента, как США одобрили инновационный препарат против болезни Альцгеймера, ученые сейчас как никогда близки к новому поколению методов лечения. Доказано, что адуканумаб[46], моноклональное антитело компании Biogen, замедляет прогрессирование заболевания. Хотя его эффект очень ограничен, лекарство стало большим шагом вперед и обнадеживающим знаком. В ближайшем будущем начнут появляться методы, замедляющие развитие заболевания, которые подарят людям несколько драгоценных лет относительно нормальной жизни. Небольшие различия в генетике неврологических расстройств означают, что добиться одинаковой реакции у разных пациентов может быть сложно. В создании препаратов нового поколения, вероятно, будут учитываться подмножества пациентов с определенными генетическими компонентами заболевания, на которые для получения лучших результатов нужно будет воздействовать более точечно (тактика, известная как персонализированная медицина).

Мысль о том, чтобы принять несколько таблеток и ждать эффекта, постепенно уходит в прошлое, и при разработке новых методов лечения, несомненно, будут использоваться новые технологии, которые сразу дадут многообещающие результаты. Но как это будет выглядеть?

В 2012 году Эмманюэль Шарпантье и ученые ее исследовательской группы доказали, что небольшой фрагмент РНК (генетическая схема построения белков) можно сконструировать таким образом, чтобы направлять определенный белок[47] к определенной последовательности ДНК. Это важно, потому что имеется в виду не любой белок, а тот, который разрезает нить ДНК. После этого она перестает быть похожей на знакомую нам двойную спираль, и некоторые ее части оказываются в свободном плавании. Когда тело замечает, что ДНК больше не похожа на двойную спираль, запускаются механизмы восстановления. Обычно они поддерживают ее в хорошем рабочем состоянии. Этот процесс восстановления происходит каждый день нашей жизни. Нам даже ничего не нужно делать. Мы можем расслабиться и позволить своему телу выполнить всю работу.

Технология CRISPR (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) опирается на тот факт, что данные механизмы восстановления далеки от идеала и склонны к ошибкам. В некоторых случаях это приводит к тому, что организм производит ошибочную последовательность ДНК, которая останавливает работу участка ее молекулы, или гена.

CRISPR – это мощный инструмент, который применяется, чтобы блокировать уже «бракованный» ген.

CRISPR даже может вводить новые гены. Этот инструмент может повысить устойчивость растений и животных к факторам окружающей среды, например засухе, или лишить малярийных комаров способности размножаться.

CRISPR – это инструмент редактирования генов. Благодаря разрезам в определенных местах ДНК механизмы восстановления прекращают работу поврежденного гена.

Наиболее интересное применение CRISPR – это расширение набора экспериментальных инструментов с целью понять роль генов в первопричинах неврологических заболеваний и их развитии. Ученые радостно потирают руки в предвкушении будущего, где активно применяется эта технология. Если вы когда-нибудь увидите нейробиолога, который так делает, вы сразу поймете, о чем он думает. Узнав больше о том, как генетические мутации ведут к болезням Паркинсона и Альцгеймера, ученые смогут добиться прогресса в лечении раньше, чем ожидали. Новые методы могут быть направлены на обращение вспять существующей болезни или ее предотвращение путем восстановления вызывающего ее гена[48]. Чтобы это продемонстрировать, исследовательская группа Бирджитт Шуле из США вырастила стволовые клетки и устранила повреждения ДНК, которые обычно наблюдаются у пациентов с болезнью Паркинсона. Эти клетки можно будет вводить пациенту для замещения дефектных клеток.

Данный метод вселяет надежды в плане лечения болезни Альцгеймера: ученым удалось перепрограммировать клетки так, чтобы они стали устойчивыми к заболеваниям и утрате умственных способностей в пожилом возрасте. Этот новый стиль генной терапии также применим к другим заболеваниям. Исследователи из США отредактировали стволовые клетки, чтобы исправить генную мутацию, вызывающую кистозный фиброз. Гены определенного типа анемии были изменены учеными из США и Германии в рамках международного исследования.

В течение века эта технология станет привычной для изменения генетических кодов тех людей, у которых особенно велик риск развития нейродегенеративных заболеваний. Конечно, этические последствия имеют огромное значение, и их необходимо учитывать, однако возможности этой технологии впечатляют.

Перспективы применения CRISPR потрясают, и ученые уже пытаются отредактировать иммунные клетки вне тела, программируя их на борьбу с раком[49]. Среди причин, по которым CRISPR будет использоваться, низкая стоимость и относительная простота этого метода. Многие исследовательские группы, в том числе не получающие большого финансирования, смогут использовать его для лечения других заболеваний. Большое разнообразие этих групп, которые воспроизводят имеющиеся данные, повысит скорость, с которой CRISPR будет использоваться. Поскольку уже через пять лет после разработки ученые использовали этот метод для устранения порока сердца эмбриона[50], вполне возможно, что будущее лечения неврологических заболеваний связано именно с генетическими манипуляциями.

CRISPR, несомненно, сыграет важную роль в будущем нейробиологии, однако есть нерешенные проблемы, которые ограничивают использование этого инструмента.

Ученые в лабораториях пытаются с ними справиться. Новые технологии всегда сопряжены с новыми трудностями, и точность механизмов восстановления не так высока, как хотелось бы. Сначала лучшим результатом была эффективность в 80 % случаев, и это значит, что в 20 % случаев все шло не по плану. При таком раскладе CRISPR нельзя было применять для лечения заболеваний человека. Однако технология развивается, и ее специфичность и эффективность повышаются. Это было доказано в 2018 году, когда CRISPR удалось вывести на новый уровень. Проанализировав тысячи участков ДНК и миллиарды потенциальных комбинаций, ученые разработали метод точного прогнозирования тех последовательностей, на которых необходимо сосредоточиться. Это позволило сократить число ошибок и повысить надежность CRISPR. Будущее, встречай нас!

Еще одна проблема заключается в том, что белок, разрезающий ДНК, относительно велик, поэтому ему сложно пробраться в ядро клетки (именно там происходят изменения). Обычно белки «упаковывают» в вирусы (в данном случае они совершенно безопасны), потому что вирусы делают это довольно легко. Проблема в том, что размер белка ограничивает число генов, которые можно отредактировать одновременно, однако ученые уже работают над ее решением. К счастью, им не придется долго ждать положительных результатов. Исследовательская группа недавно показала, как можно отредактировать до 25 генов одновременно. Хотя для лечения заболеваний потребуется исправлять, возможно, сотни, ученые движутся в правильном направлении и с оптимизмом подходят к решению проблем. Скорее всего, в будущем нам удастся воздействовать на большее число генов с большей эффективностью и возникнет новое поколение методов лечения, основанных на технологии генного редактирования.

А если бы можно было лучше моделировать болезни в лаборатории и использовать новые методы визуализации, то как бы это выглядело? Можно ли сделать эти технологии компактными, чтобы пациенты могли применять их в амбулаторных условиях? Увидим ли мы когда-нибудь будущее, в котором начнем использовать ручные сканеры, подобные тем, которые показали в знаменитом телешоу «Звездный путь»? Короткий ответ – да.

В 2012 году компания Qualcomm объединилась с многомиллионным фондом XPrize, чтобы воплотить в жизнь трикодер из «Звездного пути». В популярном научно-фантастическом телешоу эти устройства использовались для сканирования ДНК инопланетных форм жизни, диагностики множества заболеваний и травм, а также анализа элементов в атмосфере. Благодаря призовому фонду Basil Leaf Technologies предоставила свой прототип DxtER, управляемый искусственным интеллектом. Хотя он намного больше по размеру, чем сканер из телешоу, он загружается на планшет или смартфон и оснащен цифровым стетоскопом, сенсорами для запястья и грудной клетки, тонометром, монитором содержания глюкозы в крови и многим другим. При необходимости искусственный интеллект даже может сообщить пользователю, что ему необходимо сдать мочу на анализ. Больше всего впечатляет то, что все тесты неинвазивны, как в сканере из «Звездного пути».