Информация только для медицинских и фармацевтических специалистов

Спасительный вектор

Вирусные векторы вышли на первые полосы СМИ во время пандемии коронавируса, ведь именно на этой платформе были сделаны одни из первых вакцин против COVID’а – Спутник, АстраЗенека, Конвидеция. Что же такое вектор и зачем он вообще нужен в медицине?

Подсмотрено у природы

Как и многие другие открытия, векторы нашли, наблюдая за естественными процессами в микромире. Бактериофаги, то есть вирусы, которые поражают бактерии, известны более 100 лет. По мере их изучения выяснилось, что они не просто уничтожают клетки, но и способны «закладывать мину» на отдаленное будущее, когда внесенные бактериофагом гены «выстрелят» лишь через несколько поколений.


В некоторых уникальных случаях бактериофаги не убивают бактерии, а снабжают их новыми, неприятными для человека свойствами. Так произошло, например, с вибрионом холеры. Холероген-токсин – не родной белок возбудителя, он достался вирулентным штаммам благодаря горизонтальному переносу генов. Виновник в данном случае – бактериофаг CTXφ, именно он «учит плохому» вибрионы.


Раз так могут вирусы в природе, почему бы не попробовать провернуть то же самое в лабораторных условиях? Именно об этом подумал американский биохимик Пол Берг, который в 1970-х годах успешно применил для заражения клеточной культуры почек обезьян модифицированный обезьяний же вирус SV40, содержащий вставку ДНК бактериофага λ. Позже за свои работы он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1980 году.

Вакцинные векторы имеют неинтегрируемый геном, то есть в принципе даже теоретически не способны встраиваться в ДНК человеческих клеток.
Средство доставки

Идея вектора проста: мы берем вирус и нагружаем его нужной нам информацией. При этом обезвреживаем носитель, он не будет вызывать заболевание, но сможет использовать свои рецепторы для проникновения в клетки-мишени.


Какими характеристиками должен обладать вектор?


  • Безопасность. Хотя вирусные векторы иногда создаются из патогенных вирусов, они модифицируются таким образом, чтобы минимизировать риск обращения с ними. Обычно это связано с удалением части вирусного генома, критической для репликации вируса.

  • Низкая токсичность. Вирусный вектор должен оказывать минимальное влияние на физиологию инфицированной клетки.

  • Стабильность. Некоторые вирусы генетически нестабильны и могут быстро перестраивать свои геномы, возвращаясь в «дикое» состояние. Это пагубно сказывается на предсказуемости и воспроизводимости работы, проводимой с использованием вирусного вектора.

  • Специфичность по типу клеток. Большинство вирусных векторов сконструированы так, чтобы инфицировать как можно более широкий диапазон типов клеток. Однако иногда предпочтительнее обратное. Вирусный рецептор можно модифицировать для его нацеливания на конкретный вид клетки. Вирусы, модифицированные таким образом, называются псевдотипами.

  • Идентификация. Вирусным векторам часто присваиваются определенные гены, которые помогают определить, какие клетки приняли вирусные гены. Эти гены называются маркерами. Обычный маркер – устойчивость к определенному антибиотику. Затем клетки могут быть легко изолированы, поскольку те, которые не захватили гены вирусных векторов, не обладают устойчивостью к антибиотикам и поэтому не могут расти в культуре с присутствием соответствующего препарата.
Вирус – неклеточная форма жизни, и до сих пор неясно, как они произошли. Есть 3 основные версии: вирусы были доклеточными генетическими элементами и позже эволюционировали с клетками-хозяевами, вирусы были частью клеточной машинерии и в какой-то момент от нее обособились, вирусы когда-то давно были РНК-содержащими клетками, перешедшими к паразитизму и в связи с этим сильно упростившимися.
Точки приложения

Сначала вирусные векторы стали активно использовать для доставки правильных копий генов при заболеваниях, когда поражается конкретная единичная аллель. Так обстоит дело, например, со спинальной мышечной атрофией первого типа: если от обоих родителей передалась дефектная аллель с заблокированными генами SMN1, кодирующими жизненно важные регуляторные белки в мотонейронах спинного мозга, родившийся ребенок обречен. Однако если мы доставим при помощи вирусов правильные копии гена, ситуация изменится, работоспособность нейронов восстановится, и болезнь отступит. Именно так действует самое дорогое на сегодня лекарство в мире Золгенсма (курсовая стоимость более 2 млн евро).


Точки приложения

В качестве векторов используются ретровирусы, лентивирусы, аденовирусы, аденоассоциированные вирусы, а также чисто ветеринарный вирус везикулярного стоматита и растительный вирус табачной мозаики.

Впрочем, модификация клеток при помощи вирусных векторов возможна не только внутри организма, но и вне его. Так работает революционная технология лечения некоторых опухолей крови CAR-T (см. рис. 1).


CAR-T


Ее принцип подразумевает оснащение Т-лимфоцитов человека нехарактерными для них химерными рецепторами (CAR = химерный антигенный рецептор), после чего они начинают распознавать и уничтожать бесконтрольно размножившиеся В-лимфоциты. Без генетической терапии такой способности у них не было. На этом принципе работают препараты Кимрайя, Ескарта, Текартус, а также некоторые другие. Подобные ЛС разрабатываются и в нашей стране.


Позже вирусные векторы стали приспосабливать к принципиально иной задаче – созданию вакцин. Если в случае генетической терапии было критически важно добраться до ДНК клетки и встроить в нее правильные копии генов, для чего выбирали некоторые ретровирусы или специально оснащали необходимым инструментарием другие возбудители, то для вакцин такая способность была лишней. Векторные вакцины предназначены для имитации болезни на уровне синтеза единственного характерного белка, но размножение вируса внутри клетки при этом не допускается (см. рис. 2).


Механизм действия вирусной векторной вакцины


Первая векторная вакцина получила одобрение ЕМА в 2019 году, и направлена она на возбудителя лихорадки Эбола. Сразу несколько векторных вакцин появились в 2020 году на фоне пандемии COVID-19: российские Спутник V и Спутник Лайт, британская Ваксзервия (АстраЗенека), китайская Конвидеция (КанСино Биолоджикал), нидерландско-бельгийско-американская Janssen COVID-19 (Джонсон-и-Джонсон). Все они продемонстрировали высокую эффективность и благоприятный профиль безопасности.

Многообещающее будущее

Благодаря пандемии векторные технологии получили огромное финансирование и невероятные возможности для ускорения. Уже сейчас идут разговоры о создании универсальных вакцин, содержащих антигены двух и более инфекций. Не исключено, что векторы смогут доставлять гены, отвечающие за синтез терапевтических белков. Например, при помощи вируса оспы канареек уже лечат кошек с фибросаркомой, перенося в пострадавшие клетки противоопухолевый интерлейкин-2. Учитывая опережающие темпы развития, технологических векторных чудес в человеческой медицине осталось ждать недолго.

Вирусные векторы относятся к медицинским нанотехнологиям – по раз­мерности вирионов. Векторы, лишенные возможности размножаться, производятся в особых клеточных культурах, содержащих необходимые регуляторные белки, позволяющие построить новые вирионы. В обычных же человеческих клетках такие векторы не реплицируются.

Алексей Водовозов

Журнал "Российские аптеки" №10, 2021

1. Atchison, R.W., Casto, B.C. & Hammon, W.M. Adenovirus-associated defective virus particles // Science. 149, 754–756 (1965). 2. David R.M., Doherty A.T. Viral Vectors: The Road to Reducing Genotoxicity // ToxicolSci. 2017;155(2):315-325. 3. Davis B., Waldor M. Filamentous phages linked to virulence of Vibrio cholerae // CurrOpinMicrobiol. 2003, 6 (1): 35–42. doi: 10.1016/S1369-5274(02)00005-X. 4. Goff SP, Berg P. Construction of hybrid viruses containing SV40 and lambda phage DNA segments and their propagation in cultured monkey cells // Cell. 1976 Dec 9 (4 PT 2): 695–705. doi: 10.1016/0092-8674(76)90133-1. 5. Logunov D.Y. et al. Safety and efficacy of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine: an interim analysis of a randomised controlled phase 3 trial in Russia // Lancet. 2021 Feb 20;397(10275):671-681. doi: 10.1016/S0140-6736(21)00234-8. 6. Srivastava S., Riddell S.R. Engineering CAR-T cells: Design concepts // Trends in Immunology. 2015 Aug36 (8): 494–502. doi: 10.1016/j.it.2015.06.004. 7. Vandenberghe, L., Wilson, J. & Gao, G. Tailoring the AAV vector capsid for gene therapy // Gene. 2009; 16: 311–319.

Вам могут понравиться другие статьи:

Как повысить эффективность терапии гастрита и язвенной болезни: рассказывает эксперт
Фармкласс
Как повысить эффективность терапии гастрита и язвенной болезни: рассказывает эксперт

Дискомфорт, тяжесть в эпигастрии, изжога беспокоят многих пациентов.

Подробнее
До клиники
Фармкласс
До клиники

Изучение безопасности и эффективности будущих лекарств на людях проводится не сразу. По существующим правилам молекулы-кандидаты сначала должны пройти сито доклинических исследований (ДКИ). В XXI в...

Подробнее
«Чувствительная» Нобелевка
Фармкласс
«Чувствительная» Нобелевка

Высшая научная награда в области физиологии или медицины в 2021 году присуждена за работы по объяснению механизмов восприятия таких факторов внешней среды, как температура и давление...

Подробнее
Таблеткин гороскоп: проблемы совместимости
Фармкласс
Таблеткин гороскоп: проблемы совместимости

Нередко врач назначает или покупатель просит одновременно 5–10 разных препаратов. Стоит ли принимать их все сразу? Чем их можно запивать или нельзя заедать? Вопросы не такие простые, между тем отве...

Подробнее
В поисках утраченных запахов
Фармкласс
В поисках утраченных запахов

Постковидный синдром, наблюдающийся у многих переболевших COVID-19, выводит на первый план вопросы реабилитации, восстановления нарушенных функций. Обоняние, пострадавшее от атаки коронавируса, вос...

Подробнее
Если вы фармацевт, провизор, первостольник, специалист здравоохранения или медицинский работник наш журнал «Российские аптеки» для вас.