Ученые генетически перепрограммировали иммунные клетки человека

В работе, которая имеет значительные последствия для исследований, медицины и промышленности, ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско генетически перепрограммировали иммунные клетки человека, известные как Т-клетки, без использования вирусов для вставки ДНК.

Исследователи заявили, что ожидают, что их техника — быстрый, универсальный и экономичный подход с использованием технологии редактирования генов CRISPR — будет широко распространена в расширяющейся области клеточной терапии, ускоряя разработку новых и безопасных методов лечения рака, аутоиммунитета и других заболеваний, включая редкие наследственные расстройства.

Новый метод, описанный в выпуске Nature от 11 июля 2018 года, предлагает надежную молекулярную систему «вырезания и вставки» для перезаписи последовательностей генома в Т-клетках человека. Он опирается на электропорацию, процесс, в котором электрическое поле применяется к клеткам, чтобы их мембраны были временно более проницаемыми.

После экспериментов с тысячами переменных в течение года исследователи UCSF обнаружили, что когда определенные количества Т-клеток, ДНК и «ножниц» CRISPR смешиваются вместе, а затем подвергаются воздействию соответствующего электрического поля, Т-клетки будут принимать в этих элементах и ​​интегрировать определенные генетические последовательности именно на месте запрограммированного CRISPR среза в геноме.

«Это быстрый и гибкий метод, который можно использовать для изменения, улучшения и перепрограммирования Т-клеток, чтобы мы могли дать им специфику, которую мы хотим уничтожить, распознать инфекции или убрать чрезмерный иммунный ответ, наблюдаемый при аутоиммунных заболеваниях», сказал Алекс Максон, доктор медицинских наук, доцент микробиологии и иммунологии, член UCSF и старший автор нового исследования. «Теперь мы идем в бой на всех этих фронтах».

Этот подход позволяет вставлять значительные участки ДНК в Т-клетки, которые могут наделять клетки мощными новыми свойствами. Члены лаборатории Марсона имели некоторый успех, используя электропорацию и CRISPR, чтобы вставлять фрагменты генетического материала в Т-клетки, но до сих пор многочисленные попытки многих исследователей размещать длинные последовательности ДНК в Т-клетках приводили к смерти клеток, и считалось, что большие последовательности ДНК чрезмерно токсичны для Т-клеток.

Чтобы продемонстрировать универсальность и силу нового метода, исследователи использовали его для восстановления генетической мутации, вызывающей болезни, в Т-клетках у детей с редкой генетической формой аутоиммунитета, а также создали настроенные Т-клетки для поиска и уничтожения клеток меланомы человека.

В первом примере ученые использовали Т-клетки, предоставленные в лабораторию Марсона Йельской медицинской школой. Клетки пришли от трех братьев и сестер с редким, тяжелым аутоиммунным заболеванием, которое до сих пор было устойчивым к лечению. Геномное секвенирование показало, что Т-клетки у этих детей несут мутации в гене IL2RA. Этот ген содержит инструкции для рецептора клеточной поверхности, необходимые для развития регуляторных Т-клеток или Tregs, которые контролируют другие иммунные клетки и предотвращают аутоиммунитет.

С помощью невирусного метода CRISPR команда UCSF смогла быстро восстановить дефект IL2RA в детских Т-клетках и восстановить клеточные сигналы, которые были нарушены мутациями. Исследователи надеются, что подобный подход может быть эффективным для лечения аутоиммунных заболеваний, при которых Tregs нарушается, например, у трех детей с мутациями IL2RA.

Во втором наборе экспериментов, ученые полностью заменили рецепторы местных Т-клеток в популяции нормального человека на Т-клетки с новыми рецепторами, которые были специально спроектированы для поиска определенного подтипа клеток меланомы человека. Т-клеточные рецепторы — это датчики, которые клетки используют для обнаружения болезни или инфекции, а в лабораторных условиях сконструированные клетки эффективно размещаются в целевых клетках меланомы, игнорируя другие клетки, проявляя определенную специфичность, которая является основной целью прецизионной медицины рака.

Без использования вирусов исследователи смогли генерировать большое количество CRISPR-модифицированных клеток, перепрограммированных для отображения нового рецептора Т-клеток. При переносе на мышей, имплантированных опухолями меланомы человека, сконструированные человеческие Т-клетки попадали на участок опухоли и проявляли противораковую активность.

Больше информации: Reprogramming human T cell function and specificity with non-viral genome targeting, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0326-5 , https://www.nature.com/articles/s41586-018-0326-5