TERAPIA GENOWA
Terapia genowa - leczenie polegające na wprowadzeniu obcych kwasów nukleinowych (DNA lub RNA) do komórek. Charakter, lub informacja genetyczna zawarta we wprowadzonym DNA lub RNA powinny wywierać efekt terapeutyczny; mogą to być np. geny zmuszające komórkę do produkcji nowych białek, których brakuje w organizmie, albo - w przypadku komórek nowotworowych - powodujące śmierć komórki (apoptozę).
Metoda in vivo polega na podaniu nośnika kwasu nukleinowego do ustroju pacjenta. W tym celu najczęściej stosuje się wektory wirusowe, które potrafią wprowadzać DNA lub RNA do komórki. DNA plazmidowe (zobacz: plazmid), nie podawane z żadnym nośnikiem, jest w stanie wnikać jedynie do komórek mięśni szkieletowych.
Metoda ex vivo polega na wyizolowaniu komórek z organizmu pacjenta, wprowadzeniu do nich terapeutycznego DNA lub RNA (zobacz: transfekcja) i ponownym podaniu ich pacjentowi.
W sierpniu 2006r. na łamach pisma Science dr Steven A. Rosenberg z amerykańskiego Narodowego Instytutu Raka, poinformował o 2 przypadkach czerniaka złośliwego, które ustąpiły w 100% pod wpływem terapii genowej, która polegała w tym przypadku na izolacji limfocyt Tów T od chorych, ich namnożeniu, oraz wprowadzeniu do nich poprzez retrowirus genu umożliwiającego rozpoznanie komórek nowotworowych. Następnie po 6-9 dniach w ten sposób modyfikowane limfocyty T były podawane chorym. Pełen efekt leczniczy uzyskano jednak tylko u 2 z 17 pacjentów poddanych temu typowi leczenia.
Dzięki inżynierii genetycznej poznano sposoby izolowania, klonowania i selekcjonowania genów z organizmów różnych gatunków. A dzięki mapowaniu ludzkich genów poznano przyczyny genetycznych chorób.
Jedną z dziedzin inżynierii genetycznej jest upowszechnienie terapii genowej. W przyszłości kierunek ten powinien umożliwić leczenie dowolnej choroby wynikającej z obecności wadliwego genu. Istnieje wiele zaburzeń o podłożu genetycznym. Dzięki terapii genowej można leczyć je przez wprowadzenie do komórek czynnych kopii genu odpowiedzialnego za te zaburzenia. Izolowany gen jest wprowadzony do komórek somatycznych lub do komórek linii zarodkowej (tu będzie zapobiegać dziedziczeniu wadliwego allelu).
Terapię genową można przeprowadzić na całym organizmie pacjenta (terapia in vivo); wtedy gen znajduje odpowiednią komórkę docelową. Innym rodzajem jest terapia ex vivo; polega na pobraniu komórek od pacjenta i ponownym wprowadzeniu po dodaniu odpowiedniego genu. Bardzo trudno precyzyjnie włączyć zdrową wersję genu dokładnie w miejsce zmutowanej. Jeżeli jednak zmutowany allel jest recesywny, wystarczałoby, żeby zdrowy allel znalazł się gdziekolwiek w komórce i uległ ekspresji. Jak jednak wprowadzić odcinek DNA z zewnątrz do materiału genetycznego? Największe możliwości oferują wirusy - wykorzystuje się je jako wektory do terapii genowej. Wirusy w swoim normalnym cyklu rozwojowym wnikają do komórek a swój DNA włączają do komórek gospodarza. Przed wykorzystaniem wirusa jako wektora do przenoszenia prawidłowych genów należy usunąć z niego geny odpowiedzialne za określone funkcje życiowe. W naturze wirusy po pewnym czasie replikują i atakują kolejne komórki. Jeżeli metodami inżynierii genetycznej wytniemy z wirusa geny odpowiedzialne za te funkcje, a w ich miejsce wstawimy, w sąsiedztwie silnego promotora, zdrowy allel, to wirus po wniknięciu do komórki „zniknie", a zdrowy allel zostanie wprowadzony do organizmu.
W terapii genowej wykorzystuje się pochodne trzech grup wirusów. Pierwsza to adeninowirusy. Jednak nadają się one do terapii krótkotrwałej, a wprowadzone odcinki DNA nie mogą być zbyt długie. Adeninowirusy chętnie wnikaj ą do komórek nabłonkowych w układzie oddechowym, dlatego usiłuje się je wykorzystać do leczenia mukowiscydozy.
Druga grupa obejmuje w istocie jednego wirusa - AAV. Wprowadzony do ludzkich komórek włącza swój DNA najczęściej do 19 chromosomu. System oparty na AAV nie jest powszechnie stosowany ze względu na trudności z umieszczeniem w gnomie tego wirusa allelu zdrowego.
Powszechną, ostatnią, grupę stanowią, retrowirusy. Wirusy te w fazie pozakomórkowej mają. materiał genetyczny w postaci RNA, by po wniknięciu do komórki w procesie odwrotnej transkrypcji przepisać go na DNA, który z kolei włącza się do DNA gospodarza. Retrowirusy stosowane są najczęściej w terapii ex vivo, w hodowlach komórkowych. Do stosowania w terapii genowej jest przygotowana podgrupa retrowirusów - lentiwirusy, do których należy ludzki wirus HIV. Nie stwarza on ograniczeń, ale nie trudno wyobrazić sobie reakcję opinii publicznej na propozycję wykorzystania tego wirusa w zmodyfikowanej postaci do leczenia chorób genetycznych. Choć mało kto wie, istnieją projekty wykorzystania zmodyfikowanego HIV do leczenia AIDS.
Stosowanie wektorów wirusowych nie zawsze jest dobre. Nierzadko, włączając się w przypadkowym miejscu, powodują zaburzenia w działaniu genu, co może doprowadzić do transformacji nowotworowej. Istnieje też obawa, że podawanie tych wirusów może spowodować rozwój silnej odpowiedzi immunologicznej organizmu.
Pojawiają się inne propozycje wprowadzania DNA cząsteczkowego do komórek. Proponuje się DNA w aerozolu, wstrzykiwany do układu oddechowego (część cząsteczek tak podanego DNA wnika do komórek i integruje się z ich DNA). Proponuje się też opłaszczanie cząsteczek DNA lipidami, przez co miałyby być one nie immunogenne.
Myślę, że zastosowanie terapii genowej w komórkach linii zarodkowej ma przyszłość. Będzie to zapobiegać przenoszeniu wadliwego allelu na następne pokolenia.
W przyszłości może każdy człowiek będzie miał badane DNA, zaraz po urodzeniu. Dzięki temu, informacje uzyskane na podstawie analizy sekwencji DNA, będą wykazywały czy konkretny człowiek posiada predyspozycje genetyczne do pewnych chorób. Po takim badaniu, w przyszłym pokoleniu, będzie można rozpocząć leczenie terapią genową na poziomie zygoty.
28 grudnia 2001
Terapia genowa mukowiscydozy
Naukowcy opracowali nową terapię genową mukowiscydozy, przywracającą częściową aktywność kluczowego w tej genetycznej chorobie białka CFTR - donosi najnowszy numer "Nature Biotechnology".
Mukowiscydoza jest dziedziczną chorobą występującą u jednej na 2500 osób. Mutacja w genie kodującym białko CFTR prowadzi do gromadzenia się gęstej, lepkiej wydzieliny w oskrzelach, płucach i trzustce, upośledzając ich funkcjonowanie. Najgroźniejsze w mukowiscydozie są poważne problemy z oddychaniem. Ponadto dochodzi do niewydolności trzustki i wątroby, a u mężczyzn do niepłodności.
Mukowiscydoza jest chorobą genetyczną wywołaną mutacją w genie CFTR. Białko CFTR jest niezbędne dla transportu jonów chlorkowych przez błony komórkowe. Brak jego aktywności powoduje gromadzenie się jonów i powstawanie groźnego śluzu.
Celem terapii genowej jest przywrócenie funkcji zmutowanym genom poprzez dostarczenie do komórek prawidłowych kopii genów, które następnie będą powodować w komórce produkcję aktywnych białek.
Grupa naukowców Uniwersytetu Stanu Iowa pod kierunkiem Johna Engelhardta opracowała nową terapię genową mukowiscydozy, która przywraca częściowo funkcjonowanie białka CFTR. Naukowcy wykorzystali skomplikowany mechanizm ekspresji (aktywności) genów, prowadzący do syntezy białek. Pierwszym etapem tej ekspresji jest skopiowanie sekwencji DNA na cząsteczkę prostszą - pierwotnego mRNA. Następnie to pre-mRNA musi przejść specjalny proces, by dać dojrzałą cząsteczkę mRNA. Dopiero na matrycy dojrzałego mRNA zachodzi synteza białka.
Grupa Engelhardta skupiła się na drugim etapie ekspresji genu CFTR. Wiadomo, że w komórkach chorych na mukowiscydozę brakuje prawidłowych kopii genu CFTR, nie powstaje zatem funkcjonalne białko. Udało się jednak dostarczyć do komórek poprawiony fragment pre-mRNA genu CFTR, który może zająć miejsce zmutowanej sekwencji, dzięki czemu może powstać prawidłowe białko CFTR.
Doświadczenia prowadzono na myszach, którym wszczepiono ludzkie tkanki z charakterystycznymi objawami mukowiscydozy. Okazało się, że udało się podnieść aktywność białka CFTR do poziomu 22 proc., co w znacznym stopniu złagodziło objawy choroby.
W celu dostarczenia do komórek poprawionej wersji fragmentu genu CFTR, która ma zastąpić zmutowany fragment pre-mRNA, wykorzystano, jako nośniki tzw. adenowirusy - nieszkodliwe wirusy. Mają one zdolność do wnikania do jąder komórkowych, dzięki czemu poprawiony fragment genu dostarczany jest dokładnie tam, gdzie jest potrzebny i nie ma ryzyka, że ulegnie on zniszczeniu.
Wyniki doświadczeń Engelhardta są bardzo obiecujące, jednak aby zastosować podobną terapię u ludzi konieczne będą pewne modyfikacje. Niezbędne będzie zastąpienie nośnika adenowirusowego jakimś innym, gdyż adenowirusy praktycznie nie wnikają do komórek płuc, którym terapia jest najbardziej potrzebna. Dobrze byłoby podwyższyć także skuteczność metody - aktywność białka CFTR na poziomie 22 proc. to może być trochę za mało w przypadku leczenia ludzi.