Редактирование гена в стволовых клетках поможет вылечить редкую форму наследственного диабета

Результаты, полученные исследователями из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, показали, что метод CRISPR/Cas9 может быть перспективным в качестве лечения диабета, особенно форм, вызванных мутацией одного гена, а также может применяться в будущем для некоторых пациентов с более распространенными формами диабета, такими как тип 1 и тип 2.

Для проведения исследования учёные трансформировали клетки кожи пациента с редкой генетической формой инсулинзависимого диабета, называемого синдромом Вольфрама, в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК). Затем их дифференцировали в бета-клетки, в которых при помощи инструмента редактирования генов CRISPR/Cas9 исправили дефект, вызывающий диабет, и имплантировали клетки мышам.

Исследование опубликовано 22 апреля в журнале Science Translational Medicine.

Синдром Вольфрама – тяжелое наследственное заболевание с прогрессирующим течением, которое включает в себя 4 составляющих: сахарный диабет, несахарный диабет, атрофию зрительных нервов и сенсоневральную тугоухость. Диабет, как правило, развивается в детском или подростковом возрасте, и пациенты остро нуждаются в заместительной инсулинотерапии, требующей инъекций инсулина несколько раз в день. У большинства возникают проблемы со зрением и равновесием, а также прочие осложнения. У многих пациентов данный синдром приводит к ранней смерти.

«Это первый случай, когда CRISPR был использован для исправления у пациента генетического дефекта, вызывающего диабет, и успешного обращения диабета вспять», — сказал один из старших исследователей доктор Джеффри Миллман (Jeffrey R. Millman), доцент медицины и биомедицинской инженерии в Вашингтонском университете.

«Для этого исследования мы использовали клетки пациента с синдромом Вольфрама, поскольку мы полагали, что будет легче исправить дефект, вызванный одним геном. Однако мы рассматриваем это как ступень на пути применения генной терапии к более широкой популяции пациентов с диабетом».

Синдром Вольфрама вызван мутациями в одном гене, что дает исследователям возможность определить, может ли сочетание CRISPR с использованием стволовых клеток исправить ошибку в гене и помочь вылечить диабет.

Несколько лет назад Миллман и его коллеги открыли метод преобразования стволовых клеток человека в бета-клетки поджелудочной железы, которые регулируют уровень сахара в крови, синтезируя инсулин. Недавно команда разработала новый способ более эффективного преобразования стволовых клеток человека в инсулинпродуцирующие клетки, значительно лучше контролирующие уровень сахара в крови.

В новом исследовании учёные предприняли дополнительные шаги по получению клеток от пациентов и использованию инструмента CRISPR/Cas9 для коррекции мутации в гене, вызывающем синдром Вольфрама (WFS1). Затем исследователи сравнили клетки с отредактированным геном и бета-клетки из той же популяции стволовых клеток, которые не подвергались редактированию с помощью CRISPR.

В лабораторных условиях и после трансплантации мышам с тяжелой формой диабета полученные бета-клетки, отредактированные при помощи CRISPR, более эффективно секретировали инсулин в ответ на глюкозу. У животных успешно излечивался диабет, а уровень сахара в крови оставался в нормальном диапазоне в течение всех шести месяцев наблюдения.

У контрольной группы мышей трансплантированные неотредактированные бета-клетки вырабатывали инсулин, которого, однако, было недостаточно, чтобы обратить вспять диабет.

«Мы смогли создать здоровые бета-клетки, исправив эту мутацию», — сказал один из старших исследователей д.м.н. Фумихико Урано (Fumihiko Urano), профессор патологии и иммунологии. «Это доказательство концепции, демонстрирующей, что, исправляя дефекты генов, которые вызывают или способствуют развитию диабета, в данном случае, в гене синдрома Вольфрама, мы можем создать бета-клетки, которые более эффективно контролируют уровень сахара в крови. Возможно также, что, исправляя генетические дефекты в этих клетках, мы можем решить и другие проблемы пациентов с синдромом Вольфрама, такие как нарушение зрения и нейродегенерация».

В будущем использование CRISPR для коррекции определенных мутаций в бета-клетках может помочь пациентам, заболевание которых развивается вследствие многочисленных генетических и экологических факторов, например, диабет I типа, вызванный аутоиммунным процессом, разрушающим бета-клетки, и диабет II типа, который тесно связан с ожирением и системным процессом, называемым инсулинорезистентностью.

«Мы воодушевлены тем, что нам удалось объединить две технологии — выращивание бета-клеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и использование CRISPR для коррекции генетических дефектов», — сказал Миллман. «На самом деле, мы обнаружили, что исправленные бета-клетки были неотличимы от бета-клеток, полученных из стволовых клеток здоровых людей без диабета».

В дальнейшем процесс создания бета-клеток из стволовых клеток должен стать проще, считают исследователи. Например, ученые разработали менее интрузивные методы получения иПСК из крови и они работают над созданием стволовых клеток из образцов мочи.

«В будущем мы сможем взять у пациента несколько миллилитров мочи, получить стволовые клетки, которые затем можно будет дифференцировать в бета-клетки, исправить в них мутации с помощью CRISPR, пересадить их обратно пациенту и вылечить диабет в нашей клинике. Генетическое тестирование у пациентов с сахарным диабетом поможет нам выявить гены, которые должны быть скорректированы, что приведет к персонализированной регенеративной генной терапии», — сказал Урано.