Используя генную терапию, исследователи из Бостонской детской больницы и Гарвардской медицинской школы восстановили слух у мышей с генетической формой глухоты. Их работа, опубликованная 8 июля в журнале Science Translational Medicine, может проложить путь к генной терапии у людей с потерей слуха, вызванной генетическими мутациями.
"Наш протокол генной терапии еще не готов для клинических испытаний – нам нужно еще немного его настроить, – но мы думаем, что в недалеком будущем он может быть разработан для терапевтического использования на людях," говорит Джеффри Холт, доктор философии, ученый из отделения отоларингологии и F.M. Центр нейробиологии Кирби в Детском Бостоне и доцент кафедры отоларингологии в Гарвардской медицинской школе.
Известно, что более 70 различных генов вызывают глухоту при мутации. Холт вместе с первым автором Чарльзом Аскью и его коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии сосредоточились на гене под названием TMC1. Они выбрали TMC1, потому что он является частой причиной генетической глухоты, составляющей от 4 до 8 процентов случаев, и кодирует белок, который играет центральную роль в слухе, помогая преобразовывать звук в электрические сигналы, которые передаются в мозг.
Исследователи протестировали генную терапию на двух типах мутантных мышей. У одного типа ген TMC1 был полностью удален, и он является хорошей моделью для рецессивных мутаций TMC1 у людей: дети с двумя мутантными копиями TMC1 имеют глубокую потерю слуха с самого раннего возраста, обычно примерно к 2 годам.
Другой тип мышей, называемый Бетховен, имеет специфическую мутацию TMC1 – изменение одной аминокислоты – и является хорошей моделью для доминантной формы глухоты, связанной с TMC1. В этой форме, менее распространенной, чем рецессивная форма, одна копия мутации приводит к постепенной глухоте у детей примерно в возрасте от 10 до 15 лет.
Чтобы доставить здоровый ген, команда вставила его в созданный вирус, называемый аденоассоциированным вирусом 1, или AAV1, вместе с промотором – генетической последовательностью, которая включает ген только в определенных сенсорных клетках внутреннего уха, известных как волосковые клетки. Затем они ввели ген-несущий AAV1 во внутреннее ухо и получили следующие результаты:
Клинические испытания на горизонте
AAV1 считается безопасным вирусным вектором и уже используется в испытаниях генной терапии на людях при слепоте, сердечных заболеваниях, мышечной дистрофии и других состояниях. Исследователи проверили различные типы AAV и различные типы промоторов, чтобы выбрать наиболее эффективную комбинацию. Они планируют дополнительно оптимизировать свой протокол и следить за леченными мышами, чтобы увидеть, сохраняют ли они слух дольше, чем уже наблюдались два месяца.
В конечном итоге Холт надеется сотрудничать с клиницистами Детского отделения отоларингологии Бостона и других мест, чтобы начать клинические испытания генной терапии TMC1 в течение 5-10 лет.
"Современные методы лечения глубокой потери слуха, вызванной рецессивной формой TMC1, включают слуховые аппараты, которые часто не работают очень хорошо, и кохлеарные имплантаты," говорит Маргарет Кенна, доктор медицины, магистр здравоохранения, специалист по генетической тугоухости в Бостонской детской больнице, знакомая с этой работой. "Кохлеарные имплантаты – это здорово, но ваш собственный слух лучше с точки зрения диапазона частот, нюансов для слышимости голоса, музыки и фонового шума, а также определения того, из какого направления исходит звук. Все, что могло бы стабилизировать или улучшить естественный слух в раннем возрасте, действительно интересно и значительно повысит способность ребенка учить и использовать разговорный язык."
Холт считает, что другие формы генетической глухоты также могут поддаваться той же стратегии генной терапии. В целом, от тяжелой до глубокой потери слуха на оба уха страдают от 1 до 3 на 1000 живорождений.
"Я могу представить себе пациентов с глухотой, чей геном будет секвенирован, а им в уши введут индивидуально подобранное лечение точной медицины для восстановления слуха," Холт говорит.
Излучатели звука: как работает TMC
В 2013 году команда Холта показала, что TMC1 и связанный с ним белок TMC2 имеют решающее значение для слуха, положив конец тщательному 30-летнему поиску, проведенному учеными. Сенсорные волосковые клетки во внутреннем ухе содержат крошечные выступы, называемые микроворсинками, каждый с каналом на конце, образованным белками TMC1 и TMC2. Когда звуковые волны омывают микроворсинки, они покачиваются, и механическая стимуляция заставляет канал открываться. Это позволяет кальцию проникать в клетку, генерируя электрический сигнал, который поступает в мозг и в конечном итоге передается на слух.
Хотя канал состоит из TMC1 или TMC2, мутации в гене TMC1 достаточно, чтобы вызвать глухоту. Однако исследование Холта также показало, что генная терапия с TMC2 может компенсировать потерю функционального гена TMC1, восстанавливая слух в модели рецессивной глухоты и частичный слух в модели доминантной глухоты.
"Это отличный пример того, как фундаментальная наука может привести к клинической терапии," говорит Холт.
"Успешная генная терапия имеет серьезные последствия, и мы рады, что участвуем в этой исследовательской программе," говорит Эрнесто Бертарелли, сопредседатель Фонда Бертарелли, основного спонсора исследования. "Эти результаты знаменуют собой решающий момент в нашем понимании и способностях оспорить бремя глухоты у людей. Результаты свидетельствуют об огромной самоотдаче исследовательской группы и их стремлении приблизить лучшие в своем классе науки к реальному применению."