Актуальність
Кокаїн — це алкалоїд, що міститься в рослинах роду Еритроксилум (Erythroxylum). За хімічним складом це ефір бензойної кислоти, а за своїми фармакологічними властивостями він відноситься до сильних стимуляторів центральної нервової системи, що і визначає його наркотичну залежність.
Кокаїнова залежність є однією з основних проблем суспільного здоров’я, оскільки прийом кокаїну може бути пов’язаний з медичними і психосоціальними ускладненнями, включаючи поширення інфекційних захворювань (таких як СНІД, гепатит і туберкульоз), злочинність, насильство і неонатальний вплив наркотиків.
Класифікація розладів, пов’язаних із вживанням кокаїну за Міжнародною класифікацією хвороб 10-го перегляду (МКХ-10):
F 14.0 Гостра інтоксикація
F 14.1 Вживання зі шкідливими наслідками
F 14.2 Синдром залежності
F 14.3 Стан абстиненції (відміни)
F 14.4 Стан абстиненції з делірієм
F 14.5 Психотичні розлади
F 14.6 Амнестичний синдром
F 14.7 Резидуальний стан (у тому числі F 11.73 — деменція)
F 14.8 Інші психотичні та поведінкові розлади
F 14.9 Неуточнені психотичні та поведінкові розлади
Ситуація кокаїнової залежності загострюється ще й тим, що не існує фармакологічного способу з доведеною ефективністю для лікування кокаїнової залежності. І тому постає питання щодо пошуку альтернативних методів.
Псевдохолінестераза (ПХЕ) в нормі секретується в гепатоцитах і є «родичем» синаптичної ацетилхолінестерази. Фермент виконує функцію каталізу реакцій гідролізу циркулюючих у крові прокаїну, кокаїну, суксаметонію йодиду, фосфорорганічних пестицидів та інших токсичних сполук. Також вона гідролізує нейромедіатор ацетилхолін, але має меншу спорідненість порівняно з кокаїном. Тож з огляду на велику проблему охорони здоров’я, пов’язану з кокаїновою залежністю, стає привабливою ідея використання природного ферменту ПХЕ для ендогенної інактивації кокаїну.
Відомо, що у людей із вродженим дефектом цього ферменту спостерігаються гострі життєво небезпечні реакції на кокаїн внаслідок його повільного виведення з організму. А при внутрішньовенному введенні рекомбінантної ПХЕ щурам у дозах, що створюють її підвищену концентрацію, в результаті знижується частота судом, гіпертензії та аритмії, спричинених передозуванням кокаїну. Також препарат рекомбінантної ПХЕ послаблює психостимулюючі ефекти кокаїну у гризунів.
Група вчених на чолі з Юаньюань Лі (Yuanyuan Li) з Бен-Мей, відділ досліджень раку Університету Чикаго, США (Ben May Department for Cancer Research, University of Chicago, USA), запропонували новий метод вирішення проблеми кокаїнової залежності — використання шкірного трансплантата з CRISPR‑модифікованими клітинами, які експресують ПХЕ.
Об’єкти та методи
Використовуючи досягнення недавньої технології зі створення шкірних трансплантатів, що експресують глюкагоноподібний пептид-1, вчені випробували можливість редагувати геном епідермальних стовбурових клітин за допомогою CRISPR, щоб змусити їх експресувати генетично модифікований людський фермент ПХЕ. Дослідники припускали, що після диференціювання у тканини шкіри ці клітини зможуть бути трансплантовані з метою створення високих концентрацій ПХЕ в організмі людини.
Щоб перевірити можливість такої технології (рисунок) дослідники за допомогою CRISPR додали в геном епідермальних стовбурових клітин ген людської ПХЕ. Потім ці органели трансплантували ізогенним мишам. У результаті виявилося, що ці клітини дійсно можуть диференціюватися в органели шкіри, стабільно експресуючи ПХЕ
Результати
- Трансплантати прижилися без ознак відторгнення чи інших небажаних явищ. Після 10 тиж експерименту у цих мишей спостерігалися високі рівні ПХЕ у крові (порівняно з контрольною групою, якій пересадили невідредаговані трансплантати), що підтверджувало спроможність моделі: генетично-модифіковані шкірні трансплантати можуть секретувати ПХЕ у великій кількості протягом тривалого часу, що дозволить у майбутньому використовувати цей метод у лікуванні кокаїнової залежності у людей.
- Друга мета виконаного дослідження — вивчення нейрохімічних та поведінкових ефектів кокаїну в мишей із ПХЕ-експресуючими шкірними трансплантатами. У результаті після внутрішньочеревної ін’єкції кокаїну його метаболізм відбувався значно швидше, ніж у мишей контрольної групи. Крім того, у мишей знижувався рівень дофаміну в прилеглому ядрі (ділянці мозку, що відповідає за розвиток залежності) після введення кокаїну. Відповідно послаблялися і психостимулюючі ефекти кокаїну.
- У мишей з ПХЕ-експресуючим трансплантатом значно слабше запускалася поведінка, спрямована на пошук наступної дози кокаїну.
- Миші демонстрували вищу толерантність до токсичної дії кокаїну у високих дозах, що проявлялося нижчою летальністю порівняно з контрольною групою, а значить пересадка ПХЕ-експресуючих шкірних трансплантатів може бути ефективна не лише для лікування кокаїнової залежності, але і для запобігання передозуванню.
Висновки
Вчені зазначають, що особливістю цього методу є те, що шкіра піддається генетичному редагуванню навіть у дорослих осіб, і трансплантати можна згодом видалити. Очікується, що ця технологія зможе забезпечити достатні рівні циркулюючої ПХЕ у плазмі крові протягом періодів, необхідних для лікування від кокаїнової залежності у людей. Автори уточнюють, що цей спосіб може бути використаний у комплексі з фармакотерапією та психотерапією.
Проте до початку клінічних випробувань ще належить вирішити ряд проблем. По-перше, залишається неясним, чи зможуть високі рівні ПХЕ, що досягаються за допомогою шкірних трансплантатів, заблокувати великі піки концентрації кокаїну в крові після його прийому інтраназально та внутрішньовенно. Адже в цьому дослідженні використовувалося внутрішньоочеревинне введення, яке дає поступове підвищення рівня кокаїну в крові.
По-друге, відомо, що у тварин, які отримували блокатори дофамінових рецепторів, що послаблюють дію кокаїну, часто збільшувалося споживання наркотику. Отже, є ризик, що лабораторні тварини або люди з такими шкірними ПХЕ-трансплантантами також будуть підвищувати дозу кокаїну, а не припиняти його вживання.
По-третє, довготривале підвищення ПХЕ у крові може призвести до гідролізу інших субстратів, викликаючи гострі хронічні побічні ефекти. Наприклад, що станеться, якщо помірний гідроліз ацетилхоліну в периферичних тканинах викличе порушення роботи органів і спровокує захворювання? Великий потенціал цієї технології потребує додаткових досліджень, спрямованих на вирішення цих питань.
- Li Y., Kong Q., Yue J. et al. (2019) Genome-edited skin epidermal stem cells protect mice from cocaine-seeking behaviour and cocaine overdose. Nat. Biomed. Engin., 3: 105–113 (https://doi.org/10.1038/s41551-018-0293-z).
Анна Хиць
