Geeniterapian toinen tulo. Geeniterapia eli DNA:n ohjaaminen soluun ja potilaiden parantaminen tällä geneettistä materiaalia kuljettavan kliinisen vektorin yksinkertaistetulla tuotannolla

Artikkeli kilpailuun "bio/mol/text": « Misha syntyi helmikuun 12. päivänä terveenä lapsena. Mutta 1,5 kuukauden iässä aloin huomata, että kaikissa kuvissa vauva ottaa saman asennon, ikään kuin hänen jalkansa olisivat liikkumattomia. Muutaman viikon sisällä saimme diagnoosin, saimme myötätuntoa ja meille neuvottiin suunnittelemaan toista tervettä lasta.". Kuolettavan geeniyhdistelmän vuoksi Misha, kuten muutkin tätä sairautta sairastavat lapset, joutui taistelemaan jokaisesta liikkeestä lyhyen elämänsä ajan. Taistele epätoivoisesti kaikella voimallasi, mutta lopulta häviä. spinaalinen lihasatrofia (SMA) on yksi niistä geneettisistä poikkeavuuksista, joiden edessä ihmiskunta on edelleen voimaton. Lääketieteen maailman nyt seuraamat geeniterapian edistysaskeleet voivat kuitenkin tehdä sekä SMA:sta että muista vakavista perinnöllisistä sairauksista hoidettavia. Lisäksi ne ovat edelleen parannettavissa kohdussa.

Kilpailun pääsponsori on Diaem-yhtiö, joka on suurin biologisen tutkimuksen ja tuotannon laitteiden, reagenssien ja kulutustarvikkeiden toimittaja.

Yleisöpalkinnon sponsori oli Medical Genetic Center.

Kilpailun "Kirja" sponsori - "Alpina tietokirjallisuus"

Luonto tekee virheitä, ihminen korjaa

Geeniterapian käsite on tyylikäs ja kaunis, kuten kaikki nerokkuus. Se koostuu terveen geneettisen materiaalin kuljettamisesta soluun vektorijärjestelmien avulla "virheellisten" geenien korvaamiseksi, jotka liittyvät erilaisiin sairauksiin (kuva 1).

"Biomolecule" on jo kirjoittanut yksityiskohtaisesti siitä, mitä mahdollisuuksia geeniterapia avaa syövän ja perinnöllisten poikkeavuuksien, erityisesti retinitis pigmentosan, hoidossa.

Ja jos viime vuosisadan 80-luvulla, kun he puhuivat geeniterapiasta melko äänekkäästi, hänen teoriansa tuntui monille jatkona "Takaisin tulevaisuuteen" -nauhan käsikirjoitukselle, tänään siitä on tullut todellisuutta, joka avautuu. uusia, todella rajattomia näkymiä.

On kuitenkin selvää, että geeniterapialla on useita rajoituksia, etenkin kun on kyse perinnöllisistä sairauksista. Ensinnäkin patologinen prosessi tällaisissa tapauksissa voi alkaa jopa kohdussa. Kun sairaus lopulta todetaan - ja tämä tapahtuu joskus vuosia lapsen syntymän jälkeen - soluihin ja elimiin voi kehittyä peruuttamattomia vaurioita, jotka merkittävästi rajoittavat hoitomahdollisuuksia tai jopa mitätöivät ne.

Mahdollisuus ratkaista tämä ongelma ilmaantui nykyaikaisen synnytystä edeltävän diagnosoinnin ansiosta, joka mahdollistaa kromosomivaurioiden havaitsemisen jo raskauden alkuvaiheessa. Kun sikiömateriaalia on saatu invasiivisilla tekniikoilla, geneettiset sairaudet voidaan diagnosoida nopeasti ja luotettavasti. Ja hemoglobinopatioiden tapauksessa invasiivisten manipulaatioiden tarve katoaa kokonaan: niiden tunnistamiseksi riittää tutkia äidin verisoluista saatua sikiön DNA:ta.

Nykyaikaiset synnytystä edeltävät diagnostiset tekniikat yhdistettynä geeniterapian edistykseen tarjoavat ainutlaatuisen mahdollisuuden korjata luonnon "virhe" ja puuttua patologiseen prosessiin jo ennen peruuttamattomia soluvaurioita. Tarjoaa hoitoa kohdussa olevan lapsen erilaisiin sairauksiin tai ainakin hillitä taudin etenemistä, hyvin todennäköisesti sikiön geeniterapia, tai sikiön geeniterapia.

Ajatus sikiön geeniterapiasta ei ole kaukana uusi: vain muutama vuosi aikuisten ensimmäisen geeniterapiayrityksen jälkeen, vuonna 1994, tutkijat alkoivat keskustella vakavasti innovatiivisen tekniikan käytöstä kohdussa. Nykyään, kun kohdun geneettisten sairauksien hoito on melkein muuttunut fantastisesta näkökulmasta todeksi, on julkaistu paljon artikkeleita, joissa sikiön geeniterapiaa ja sen etuja aikuisten geeniterapiaan verrattuna on tutkittu yksityiskohtaisesti.

synnytystä edeltävästi vastaan synnytyksen jälkeen

Ennakoiden kysymyksiä geneettisen poikkeaman kohdunsisäisen korjaamisen tarkoituksenmukaisuudesta, keskitytään heti sikiön geeniterapian etuihin verrattuna postnataaliseen geeniterapiaan.

Runsaasti mahdollisuuksia vaikuttaa elimiin ja järjestelmiin

Tiedetään, että monissa geneettisissä sairauksissa (esimerkiksi epidermolysis bullosa tai kystinen fibroosi) voi olla melko vaikeaa vaikuttaa patologisen prosessin päälinkkeihin melkein heti syntymän jälkeen. Mutanttigeenien korjaaminen kehittyvässä sikiössä mahdollistaa kantasolupopulaation nopean kasvun, mikä tarjoaa suuren transfektoituneiden solujen joukon ja sen seurauksena selvän terapeuttisen vaikutuksen.

Geneettistä materiaalia sisältävän kliinisen vektorin yksinkertaistettu tuotanto

Sen virusvektorin annostus, jolla geneettinen materiaali siirretään, riippuu ruumiinpainosta. Sikiön pienestä koosta johtuen on mahdollista saavuttaa paljon suurempi vektorin biologinen jakautuminen samalla annoksella kuin aikuisten geeniterapiassa. Tämä säästää sekä aikaa että rahaa. Yksinkertaiset vertailutiedot auttavat kuvittelemaan, kuinka merkittäviä säästöt ovat: esimerkiksi sikiö 14–16 raskausviikolla (optimaalinen aika vektorin induktiolle) painaa noin 100 g, kun taas aikuisen keskipaino on noin 60 kg.

Hoidon tehokkuuden lisääminen heikon immuunivasteen vuoksi

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että humoraalinen immuniteetti adenoviruksille ja adeno-assosioituneille viruksille (AAV) (kuvio 2) tiettyjen serotyyppien, joita yleisesti käytetään vektoreina, voi johtaa siirtogeenin ilmentymisen epäonnistumiseen. Tästä voi tulla yksi onnistuneen elinsiirron kriittisistä esteistä.

Noin 50 % aikuisista, joilla on hankittu immuunivaste näitä virusvektoreita vastaan, on vaarassa. Mutta jopa herkkyyden puuttuessa vektorin käyttöönotto aikuisilla johtaa usein immuunivasteen kehittymiseen, joka vähentää siirtogeenin ilmentymisen kestoa ja tasoa. Joten adenovirusvektorin lihaksensisäisen injektion jälkeen proteiinigeenillä dystrofiini aikuiset hiiret, joilla on Duchennen lihasdystrofia, kehittävät vasta-aineita dystrofiinia vastaan, mikä liittyy ilmentymisen tehokkuuden merkittävään heikkenemiseen. Samanaikaisesti kohdussa oleva sikiö on immunologisesti epäkypsä, mikä mahdollistaa virusvektorin ja siirtogeenisen tuotteen toimittamisen ilman immuunivasteen asettamia rajoituksia.

Sikiöhoidon ilmeiset edut synnytyksen jälkeiseen korjaukseen verrattuna varmistavat sen paremman tehokkuuden ja tarkoituksenmukaisuuden erityisesti vaikeissa, henkeä uhkaavissa sairauksissa. Jopa tapauksissa, joissa täydellistä paranemista ei voida saavuttaa, sikiön geeniterapia voi vaikuttaa taudin patologisiin yhteyksiin, helpottaa sen kulkua ja parantaa ennustetta. Ja siksi hänestä voi tulla tuhansien perheiden ainoa terapeuttinen vaihtoehto raskauden keskeyttämiselle. Lisäksi niiden sairauksien määrä, joita voitaisiin mahdollisesti hallita ottamalla käyttöön sikiön geeniterapia kliiniseen käytäntöön, on todella valtava.

Näkymät ja mahdollisuudet

Sikiön geeniterapian uskotaan pystyvän hallitsemaan monia vaarallisia patologioita. Vain pieni osa niistä on esitetty taulukossa 1.

Lisäksi joitain patologioita, joiden voidaan odottaa olevan hallinnassa sikiöhoidolla, ovat:

• Immuunikatohäiriöt- paljaiden lymfosyyttien oireyhtymä, ruston hypoplasia, Chediak-Higashin oireyhtymä, krooninen granulomatoottinen sairaus, Kostmanin oireyhtymä, leukosyyttien adheesion puutos, Omennin oireyhtymä, Wiskott-Aldrichin oireyhtymä.
• Hemoglobinopatiat- Rh-sairaus, synnynnäinen erytropoieettinen porfyria.
• Entsyymitoiminnan puutteeseen liittyvät sairaudet, - Gaucherin tauti, Krabben tauti, metakromaattinen leukodystrofia, mukopolysakkaridoosit, Volmanin tauti, Niemann-Pickin tauti.
• Muut- synnynnäinen dyskeratoosi, familiaalinen hemafagosyyttinen lymfohistiokystoosi, infantiili osteopetroosi, Shwachman-Diamondin oireyhtymä jne.

Luettelo sairauksista, jotka voivat olla sikiön geeniterapian "olkapäällä", on hämmästyttävä: oletettavasti tämä tekniikka mahdollistaa puuttumisen monogeenisten sairauksien aiheuttamiin patologisiin prosesseihin, jotka eivät aiemmin olleet ihmisen hallinnassa. Heidän lukumääränsä on Maailman terveysjärjestön mukaan kymmenen tuhatta. Siitä huolimatta on tärkeää ottaa huomioon useiden rajoitusten olemassaolo ja ennen kaikkea kohdunsisäiseen geeniterapiaan liittyvät riskit äidille ja sikiölle.

Pelkoja ja riskejä

Prenataalisen geeninsiirron erityisriskit eroavat olennaisesti postnataalisen geeniterapian riskeistä. Näitä ovat lyhytaikaiset haittavaikutukset ja pitkäaikaiset postnataaliset vaikutukset. Niiden merkitystä pahentaa se tosiasia, että hypoteettisesti sikiön geeniekspressiolla voi olla arvaamaton vaikutus sekä synnytystä edeltävään että postnataaliseen kehitykseen.

Ensinnäkin itse siirtomenettely liittyy suoraan keskenmenon, korioamnioniitin ja ennenaikaisen synnytyksen todennäköisyyden lisääntymiseen. Tutkimukset ovat dokumentoineet tulehdusvasteita vektorille, erityisesti maksan infiltraatiota ja maksanekroosia lampaan sikiön geeniterapiassa.

Sikiön immuunivaste voi neutraloida sikiön geeniterapian onnistumisen, ja tähän liittyy tiettyjä riskejä lopputulokseen. Humoraaliset ja soluvasteet vektorin tai siirtogeenisen proteiinin viemiseen solujen transduktorijärjestelmien kautta voivat eliminoida siirtotuotteet tai tasoittaa siirtogeenisen ilmentymisen. Samaan aikaan tutkimukset ovat osoittaneet immuunivasteen voimakkuuden riippuvuuden raskausiästä. Merkittäviä immuunivasteita lentivirusvektorin käyttöönotolle raskauden alku- ja keskivaiheessa ei rekisteröity, kun taas adenovirusvektorin käyttöönoton jälkeen myöhemmissä vaiheissa havaittiin voimakas humoraalinen vaste kapsidiantigeeniä vastaan.

Yksi sikiön geeniterapian äärimmäisen tärkeistä ongelmista on mahdollinen riski, joka syntyy, kun luovuttajan DNA-sekvenssejä siirretään sikiöön. Koska vektorin integroituminen sukusoluihin on todennäköisesti satunnaista, sillä voi teoriassa olla katastrofaalisia seurauksia sikiölle. Itse asiassa lapsi, joka vastaanottaa luovuttajan geneettistä materiaalia kohdussa, syntyy mutantti. Geeniterapian eettinen osa häiritsee tiedemiesten ja teologien mieliä. Viimeiset lampaat tieteen historian kuuluisimman lampaan syntymän jälkeen varoittavat vaaroista, joita Jumalan suunnitelmaan puuttuminen tuo ihmiskunnalle.

Toinen tärkeä näkökohta on sikiön solujen mutageneesin mahdollisuus, joka johtaa jonkin toiminnallisen geenin vikaan, josta voi lopulta tulla syynä nyt uusi, hankittu geneettinen sairaus tai pahanlaatuinen kasvain. Sen todennäköisyys näyttää vieläkin todellisemmalta, kun otetaan huomioon tiedot hiirillä tehdystä tutkimuksesta, jonka aikana geenien ilmentyminen alkiohiirissä antoi sysäyksen maksakasvaimen kehittymiselle.

Tässä yhteydessä kahden tutkimuksen tulokset, jotka osoittavat vakavien sivuvaikutusten kehittymisen onnistuneen X-kytketyn yhdistetyn immuunivajavuuden geeniterapian jälkeen, eivät välttämättä ole sattumanvaraisia: ensimmäisessä tapauksessa rekisteröitiin monoklonaalisen lymfoproliferatiivisen sairauden ilmeneminen ja toisessa tapauksessa. , alfa/beeta T-solujen lisääntyminen. Sekä ensimmäisessä että toisessa tapauksessa retrovirusvektori integroitui geenin välittömään läheisyyteen LMO2 lisääntyvissä T-soluissa.

Teoreettisesti geeniterapiaa ex vivo voi olla turvallisempi kuin in vivo sikiön käyttöönottovektori. Vaikka tämä ei sulje pois mutageneesin mahdollisuutta soluissa, jotka on retroviraalisesti transdusoitu in vitro, mutageenin lisääminen voidaan määrittää ja hallita helpommin. Näitä komplikaatioita ei kuitenkaan voida täysin sulkea pois.

Lopuksi sikiön geeniterapia lisää sikiösolujen herkkyyttä transduktiolle. Matalatasoista retrovirustransduktiota sukusolujen kantasoluihin on havaittu uros- ja naaraspuolisissa sukurauhasissa sen jälkeen, kun vektoria on annettu vatsaontelonsisäisesti lampaiden ja apinoiden alkioihin. Tahattomaan transduktioon johtavien tekijöiden analyysi on osoittanut, että sikiön kudoksen herkkyys sille riippuu raskauden iästä, ja transduktio on suurempi raskauden alkuvaiheessa.

Mahdollisten riskien näkökulmasta on selvää, että sikiön geeniterapia voi olla järkevä hoitomuoto vain vaikeille geneettisille sairauksille, joiden korjaamiseen ei ole muita vaihtoehtoja. Ja heidän joukossaan tietysti Gaucherin tauti, kohdunsisäisen geeniterapian mahdollisuus osoitettiin hiljattain julkaistussa tutkimuksessa.

Ensimmäinen meni: Gaucherin tauti

Heinäkuussa 2018 lehti luonnon lääketiede julkaisi Simon Waddingtonin johtaman hiirillä tehdyn tutkimuksen tulokset. Simon Waddington) Lontoon naisten terveysinstituutista. Työn tulokset osoittivat sikiön geeniterapian tehokkuuden neurodegeneratiivisten sairauksien ja erityisesti Gaucherin taudin hoidossa. Tämä on yleisin muoto harvinaisten perinnöllisten fermentopatioiden joukossa, joka perustuu lysosomaalisen entsyymin toiminnan puutteeseen. glukoosiserebrosidaasi(Kuva 3), jotka johtuvat geenin mutaatioista glukosyyliseramidaasi. Mutaatioiden luonteesta riippuen sairaudesta voi kehittyä vakava neuropaattinen muoto, joka ilmenee jo lapsena, tai muoto, joka alkaa vähitellen ja oireet ovat lievempiä. Vaikka Gaucherin taudin lievemmät muodot reagoivat hyvin korvaushoitoon, vaikea muoto on edelleen kohtalokas. Gaucherin taudin parantumattoman muodon merkkejä ilmaantuu ensimmäisten elinkuukausien aikana, ja niitä ovat etenevä lihasten hypotensio, viivästynyt ja taantunut psykomotorinen kehitys ja muut neurologiset merkit.

Waddingtonin et al.:n tutkimuksessa he osoittivat, että adeno-assosioituneen virusvektorin 9 (AAV9) intrakraniaalinen antaminen hiiren alkiolle raskauspäivänä 16 johti glukoosiserebrosidaasin lisääntyneeseen ilmentymiseen, mikä pysäytti hermoston rappeutumisen. Samaan aikaan entsyymin aktiivisuus aivoissa oli verrattavissa terveiden hiirten toimintaan. Huolimatta siitä, että sairailla jyrsijöillä diagnosoitiin edelleen tulehdusprosessi aivoissa, ne kehittyivät merkittävästi paremmin kuin kontrolliryhmän hiiret, jotka jouduttiin lopettamaan taudin vakavuuden vuoksi kaksi viikkoa hoidon jälkeen.

Sikiön geeniterapialla hoidetut hiiret elivät vähintään 18 viikkoa, olivat hedelmällisiä ja liikkuvia. Mielenkiintoista on, että vektorin lisääminen synnytyksen jälkeen helpotti myös taudin kulkua, mutta se oli vähemmän tehokasta kuin prenataalinen ilmentyminen.

Koska AAV9 pääsi aivoihin verenkierrosta, Waddingtonin tiimi teki toisen kokeen, jossa he ruiskuttivat huomattavasti suuremman annoksen vektoria ei aivoihin, vaan suoraan sikiöhiirten vereen. Hiiret eivät olleet suurelta osin erotettavissa terveistä hiiristä ilmentymisen jälkeen, mutta koska niiden elinikä oli vain 55 päivää koeolosuhteissa, tutkijat eivät pystyneet tekemään johtopäätöksiä suonensisäisen geeniterapian pitkäaikaisesta tehokkuudesta.

Waddingtonin koe oli tähän mennessä monimutkaisin, jonka aikana sikiön geeniterapiaa suoritettiin eläimillä. Nykyään tiimi työskentelee yhtiön kanssa Apollo Therapeutics, joka yhdisti kolme brittiläistä yliopistoa ja kolme suurta lääkeyhtiötä. Waddington ja kollegat tavoittelevat uutta päämäärää: tällä kertaa heidän haasteensa on hankkia prekliinisiä tietoja ja mahdollisesti testata hoitoja ihmisillä. Ja vaikka skeptikot pohtivat ihmisten sikiön geeniterapian mahdollisuuksia, joita voisi kaventaa huomattavasti se, että Gaucherin tautia ei ole sisällytetty synnytystä edeltäviin testeihin, Waddingtonin tiimi on valmis astumaan tulevaisuuteen. Tulevaisuus, jossa Gaucherin tautia, Duchennea, SMA:ta ja monia muita harvinaisia, mutta nykyään parantumattomia sairauksia sairastavat lapset voivat toipua.

Kirjallisuus

1. 12 menetelmää kuvissa: geenitekniikka. Osa II: työkalut ja tekniikat;
Immuunivasteet geeniterapiavektoreille: vaikutus vektorin toimintaan ja efektorimekanismeihin. Gene Ther. 11 , S10-S17;
2. Soyoung C. Gilchrist, Martin P. Ontell, Stefan Kochanek, Paula R. Clemens. (2002). Immuunivaste täyspitkälle dystrofiinille, jonka suurikapasiteettinen adenovirusvektori toimittaa DMD-lihakseen. Molekyyliterapia. 6 , 359-368;
3. Heather A. Hartman, Avery C. Rossidis, William H. Peranteau. (2018). Kohdassa Utero-geeniterapia ja genomieditointi. Curr Stem Cell Rep. 4 , 52-60;
4. Anna L. David, Donald Peebles. (2008). . Paras käytäntö ja tutkimus kliininen synnytys ja gynekologia. 22 , 203-218;
5. Yhteenveto geeniterapian rintamalla. Uusi strategia hemofilian neutraloimiseksi;
6. Charles Coutelle. (2008). Miksi vaivautua?: Onko kohdun geeniterapia vaivan arvoista? . Molekyyliterapia. 16 , 219-220;
7. Mike Themis, Simon N. Waddington, Manfred Schmidt, Christof von Kalle, Yoahe Wang jne. al. (2005). Onkogeneesi ei-kädellisen lentivirusgeeniterapiavektorin toimituksen jälkeen sikiö- ja vastasyntyneille hiirille. Molekyyliterapia. 12 , 763-771;
8. European Society of Gene Therapy (ESGT) Lehdistötiedote, Bernd Gansbacher. (2003). Raportti toisesta vakavasta haittatapahtumasta X-kytketyn vakavan yhdistetyn immuunivajeen (X-SCID) geeniterapiatutkimuksessa. J. Gene Med.. 5 , 261-262;
9. Giulia Massaro, Citra N. Z. Mattar, Andrew M. S. Wong, Ernestas Sirka, Suzanne M. K. Buckley, et. al. (2018). Sikiön geeniterapia imeväisten neurodegeneratiiviseen sairauteen. Nat Med. 24 , 1317-1323.

Nykyään geeniterapia alkaa vihdoin oikeuttaa siihen aikoinaan panneet toiveet. Viimeisen kuuden vuoden aikana spesifisten toiminnallisten geenien viemisen seurauksena potilaan kehon osiin on mahdollista palauttaa näkö 40 potilaalla, joilla oli perinnöllinen sokeus. Leukemian eri muotojen torjunnassa on saavutettu loistavia tuloksia: 120 tutkittavasta useat potilaat ovat saavuttaneet remission, joka on kestänyt kolme vuotta. Geeniterapia on osoittanut tehokkuutensa taistelussa hemofiliaa vastaan ​​- perinnöllistä sairautta, joka joskus johtaa potilaan kuolemaan. Nyt potilaan ei tarvitse ottaa suuria annoksia lääkkeitä, jotka lisäävät veren hyytymistä ja joilla on vaarallisia sivuvaikutuksia.

Positiiviset tulokset otettiin suurella innolla vastaan ​​myös siksi, että geeniterapia lopetettiin 15 vuotta sitten harvinaista ruoansulatushäiriötä sairastavan teini-ikäisen Jesse Gelsingerin ennenaikaisen kuoleman jälkeen. Nuoren miehen immuunijärjestelmä reagoi vieraan geenin syöttämiseen niin rajusti, että elimistö ei kestänyt sitä. Geeniterapian menestys 1990-luvulla ei ollut läheskään niin vaikuttava kuin odotettiin.

Kaikki tämä sai meidät harkitsemaan uudelleen joitakin käytettyjä menetelmiä ja arvioimaan maltillisemmin mahdollisuuksia käyttää geeniterapiaa erilaisten patologioiden poistamiseen. Minun piti erota illuusioista ja palata perustutkimukseen. Ensinnäkin oli tarpeen selvittää mahdollisten sivuvaikutusten syy (kuten ne, jotka johtivat Gelsingerin kuolemaan) ja oppia välttämään niitä. Enemmän huomiota olisi pitänyt kiinnittää kommunikointiin potilaiden ja heidän omaistensa kanssa, jotta heidän tekemänsä päätös olisi tietoinen.

Käännekohta tapahtui kuusi vuotta sitten, kun geeniterapia paransi kahdeksanvuotiaan Corey Haasin, joka kärsi rappeuttavasta silmäsairaudesta. Aluksi geenimanipulaatioiden seurauksena puuttuva proteiini alkoi muodostua vasemman silmän sairastuneessa verkkokalvossa, ja neljä päivää leikkauksen jälkeen poika vieraili eläintarhassa ja sanoi sanoinkuvaamattomaksi ilokseen näkevänsä sininen taivas ja värikkäät ilmapallot. Kolme vuotta myöhemmin samanlaiset manipulaatiot suoritettiin oikealla silmällä. Nyt Corey näkee niin hyvin, että hän voi mennä metsästämään isoisänsä kanssa.

Toistaiseksi geeniterapia ei ole päässyt harjoittajien arsenaaliin, mutta on toivoa, että tämä tapahtuu seuraavan kymmenen vuoden aikana. Vuonna 2012 Euroopassa sitä yritettiin käyttää harvinaisen mutta äärimmäisen tuskallisen patologian, niin sanotun familiaalisen lipoproteiinilipaasipuutoksen, poistamiseen. Yhdysvaltojen odotetaan saavan hyväksynnän geeniterapian käytölle lääketieteessä vuonna 2016, ja sitten sen on kurottava kiinni siihen, mikä on menetetty kymmenen vuoden toimettomuudessa.

Julma pettymys

Geeniterapian käytännön soveltamisen alkuvaiheessa tutkijoille sattuneet epäonnistumiset ovat osoittaneet selvästi, kuinka vaikeaa on ennakoida kaikkia seurauksia vieraiden geenien kulkeutumisesta kehoon. Liian usein turvallisimmat jakelujärjestelmät eivät ole tarpeeksi tehokkaita, ja jotkin tehokkaimmista antojärjestelmistä ovat vaarallisia: tapahtuu yliaktiivinen immuunivaste, kuten Gelsingerin tapauksessa, tai leukemia kehittyy.

Ymmärtääkseen, mikä laukaisee sivuvaikutuksia ja miten vähentää niiden riskiä, ​​geneetikot ovat keskittyneet tutkimaan huolellisesti yleisintä geeninsiirtojärjestelmää: mikroskooppisen injektioruiskun tavoin toimivien virusten suunnittelua.

Ensinnäkin merkittävä osa viruksen DNA:sta poistettiin, jotta potilaan kehoon siirrettäville geeneille jäi tilaa. (Tämä toimenpide teki samanaikaisesti viruksesta kyvyttömän replikoitumaan.) Transformoitu virus, joka sisälsi kohdegeenit, injektoitiin oikeaan kehon osaan, jossa se insertoi ne solun DNA:n asianmukaisille alueille viruksen tyypistä riippuen.

Sinä aikana, jolloin Gelsinger osallistui vapaaehtoisesti geeniterapian kliinisiin tutkimuksiin, yleisin vieraiden geenien jakelujärjestelmä ihmisillä oli adenovirukset, jotka yleensä aiheuttavat lieviä ylähengitystieinfektioita. Pennsylvanian yliopiston tutkijoiden mukaan viruksen injektio maksaan antaa parhaan tuloksen; täällä sijaitsevat solut, jotka tuottavat ruoansulatusentsyymiä, jota Gelsingeriltä puuttui. Toiminnallinen kopio tämän entsyymin geenistä insertoitiin inaktivoituun viruspartikkeliin ja biljoona näitä hiukkasia injektoitiin potilaan maksaan.

Valitettavasti osa hiukkasista ei päässyt vain maksasoluihin, kuten niiden piti joutua, vaan myös valtavaan määrään makrofageja - suuriin soluihin, immuunijärjestelmän "vartiosoluihin" sekä dendriittisoluihin ilmoittaen jälkimmäisille. ulkomaisten agenttien hyökkäyksestä. Immuunijärjestelmä alkoi välittömästi tuhota kaikkia tartunnan saaneita soluja, ja tämä väkivaltainen prosessi lopulta tappoi potilaan.

Immuunivasteen vakavuus hämmästytti tutkijoita. Kenelläkään 17 muusta vapaaehtoisesta ei ollut mitään tällaista. Tiedettiin, että adenovirus voi laukaista immuunivasteen, mutta lukuun ottamatta tapausta, jossa yksi apina injektoitiin adenovirusta, joka oli hieman erilainen kuin edellä kuvattu, Gelsingerin tapaus oli ainutlaatuinen. "Ihmispopulaatio on paljon heterogeenisempi kuin eläinpopulaatio", sanoo James Wilson Pennsylvanian yliopistosta, joka kehitti kohdistetun geeninsiirtojärjestelmän, jota käytettiin kliinisissä tutkimuksissa, joissa Gelsinger oli mukana. "Ja meidän tapauksessamme yksi potilas jossain merkittävästi. erilainen kuin muut." Ehkä tragediaa ei olisi tapahtunut, jos viruksen annos olisi ollut pienempi - ei biljoonaa hiukkasta, vaan useita miljardeja. Toinen puute oli, että potilas itse tai hänen omaiset eivät olleet tietoisia apinan kuolemasta vastaavissa testeissä, eikä kukaan tiennyt, minkä päätöksen he olisivat tehneet, jos he olisivat tienneet tapauksesta.

Gelsingerille tapahtunut tragedia ei ollut viimeinen. Pian yritettiin eliminoida toinen patologia geeniterapian avulla - vakava yhdistetty immuunikato XI (SCID-X1). Testeihin osallistui 20 lasta; viidelle heistä kehittyi leukemia ja yksi lapsi kuoli. Ja jälleen, kuljetusjärjestelmä oli syyllinen, vaikka tässä tapauksessa käytettiin toista vektoria - retrovirusta, joka lisää kohdegeenit suoraan solun DNA:han. Niiden tarkka sijainti genomissa vaihtelee hieman, ja joskus ne syttyvät lähellä onkogeenia, mikä tietyissä olosuhteissa johtaa syöpään.

Tekniikan tarkistus

Retro- ja adenovirusten käytön vektoreina traagiset seuraukset pakottivat meidät kääntymään muiden kantajien puoleen. Tuloksena valittiin kaksi virusta.

Ensimmäinen näistä, adeno-assosioitunut virus (AAV), ei aiheuta infektioita ihmisissä. Suurin osa meistä joskus elämässään tulee sen kantajiksi, ja juuri tämän vuoksi immuunijärjestelmä ei todennäköisesti reagoi siihen, kun se toimii vektorina. AAV:lla on toinen ominaisuus, joka auttaa minimoimaan sivuvaikutusten riskiä: sitä edustavat monet lajikkeet (serotyypit), joista jokainen haluaa infektoida "oman" elimensä tai kudoksensa soluja. Joten AAV2:lle nämä ovat silmät, AAV8:lle maksa, AAV9:lle sydänlihas ja aivot. On mahdollista valita kohdekehon osalle optimaalinen viruskanta ja minimoida immuunivaste ja muut ei-toivotut vaikutukset. Lisäksi AAVue sisällyttää geneettisen materiaalinsa isäntäsolun genomiin eikä siksi voi aiheuttaa syöpää aktivoimalla onkogeenejä satunnaisesti.

Adeno-assosioituneen viruksen kykyä kuljettaa geneettistä materiaalia kohdekudoksiin testattiin ensimmäisen kerran vuonna 1996. Testit suoritettiin vapaaehtoisilla, jotka kärsivät kystisesta fibroosista. Sen jälkeen on tunnistettu 11 viruksen serotyyppiä, ja niiden komponenteista on rakennettu satoja turvallisia, selektiivisiä vektoreita. AAV-pohjaisia ​​vektoreita testataan parhaillaan geeniterapian suhteen sellaisissa patologioissa kuin Parkinsonin ja Alzheimerin taudeissa sekä hemofiliassa, lihasdystrofiassa, sydämen vajaatoiminnassa ja sokeudessa.

Toinen virus on yllättäen heikentynyt versio ihmisen immuunikatoviruksesta, AIDSin aiheuttajasta. Unohdetaan hetkeksi sen huono maine ja mietitään sen etuja vektorina. HIV on rstrovirusperheen Lentivirus-suvun jäsen. Se vaikuttaa immuunijärjestelmän soluihin ja - mikä on erittäin tärkeää - ei aktivoi onkogeenejä.

Jos poistamme HIV:n tappavasta vaikutuksesta vastuussa olevat geenit, saamme erinomaisen vektorin, jolla on laaja valikoima mahdollisuuksia. Näin sanoo Stuart Naylor, englantilaisen Oxford Biomedican entinen tieteellinen johtaja. Toisin kuin pienempi AAV, "neutraloitu" HIV sopii useiden geenien siirtoon kerralla. Se on myrkytön eikä aiheuta immuunivastetta. Lentiviruksilta, joilla ei ole kykyä aiheuttaa infektiota, testataan mahdollisuutta käyttää niitä erilaisten patologioiden, erityisesti adenoleukodystrofian, poistamiseen. Tähän mennessä useat tämän diagnoosin saaneet pojat ovat voineet palata kouluun geeniterapian ansiosta.

Samanaikaisesti HIV AAVn:ää käyttävien kliinisten tutkimusten kanssa työskennellään vanhojen virusvektorien muuntamiseksi siten, että niitä voidaan käyttää tietyissä olosuhteissa. Joten retrovirukset (HIV:tä lukuun ottamatta) ovat geneettisesti muunneltuja, jotta ne eivät aiheuta leukemiaa.

Edes adenovirusta, jonka käyttö johti Gelsingerin kuolemaan, ei hylätä kokonaan. Sitä ruiskutetaan nyt vain kehon osiin, joissa se ei todennäköisesti saa aikaan immuunivastetta. Yksi mahdollinen sovellus on kserotomia (suukuivaus) geeniterapia potilailla, jotka ovat altistuneet säteilylle pään ja kaulan syöpien vuoksi. jossa sylkirauhaset ovat vaurioituneet.

National Institutes of Health suorittaa kliinistä tutkimusta (johon osallistuu pieni määrä vapaaehtoisia) lähestymistavasta, joka perustuu sellaisten geenien viemiseen sopiviin soluihin, jotka välittävät kanavien muodostumista veden kulkua varten sylkirauhasiin. Koska jälkimmäiset ovat pieniä ja enemmän tai vähemmän eristettyjä, ja virusannos on 1000 kertaa pienempi kuin Gelsingerin kerran saanut, liian voimakkaan immuunireaktion todennäköisyys on minimoitu. Viruspartikkelit, jotka eivät ole saavuttaneet kohdesoluja, tulee kehittäjien mukaan tuhota syljen mukana, sylkeä sen mukana tai niellä, mikä taas vähentää immuunivasteen kehittymisen riskiä. Vuodesta 2006 lähtien tämä menetelmä on parantanut merkittävästi 11 potilaan tilaa.

Uusia kohteita

Menestyksen rohkaisemana lääketieteelliset geneetikot laajensivat geeniterapian soveltamisalaa ja yrittivät eliminoida sen avulla ei-perinnöllisiä geneettisiä vikoja.

Esimerkiksi Pennsylvanian yliopisto käyttää jo tätä lähestymistapaa taistelussa yhtä yleisimmistä lasten syövistä - akuuttia lymfoblastista leukemiaa (ALL). Noin 20 % tämän diagnoosin saaneista lapsista ei saa apua perinteisestä kemoterapiasta.

Geeniterapia tällaisissa tapauksissa on erityisen monimutkaista ja perustuu kimeeristen antigeenireseptorien (CAR:ien) käyttöön. Kuten antiikin kreikkalaisen mytologian kimeerit, jotka koostuvat eri eläinten ruumiinosista, nämä reseptorit ovat kahden immuunijärjestelmän komponentin kompleksi, joita ei normaalisti löydy kehosta. T-solut, joihin se on kiinnittynyt, saavat kyvyn etsiä spesifisiä proteiineja, joita löytyy leukemiasoluista suurempina määrinä kuin normaalit solut, ja tuhota epänormaalit solut. Ensimmäiset koehenkilöt olivat aikuisia kroonista leukemiaa sairastavia potilaita: tulokset olivat rohkaisevia. Sairaiden lasten kokeiden tulos ylitti kaikki odotukset.

Kun Emily Whiteheadilla diagnosoitiin leukemia toukokuussa 2010, hän oli yhdeksänvuotias. Kaksi kemoterapiasykliä epäonnistui. Keväällä 2012 annettiin kolmas kurssi, joka olisi voinut tappaa aikuisen, mutta tyttö selvisi, vaikka hänelle kehittyi munuais-, maksa- ja pernaongelmia. Hoitavan lääkärin Bruce Levinen mukaan. "Emily oli kuoleman partaalla."

Sitten he ottivat häneltä verta, eristivät T-solut ja ruiskuttivat niihin lentivirusta. jonka genomiin kohdegeenit sisältyivät aiemmin. Kimeeristen T-solujen injektoinnin jälkeen takaisin potilaan kehoon hänen tilansa alkoi kohentua nopeasti. Kolme viikkoa myöhemmin 25 % hänen luuytimensä T-soluista oli geneettisesti muunneltuja ja alkoivat "metsästää" syöpäsoluja. ”Huhtikuussa tyttö kaljui täysin. - Levin muistelee, - ja elokuussa se oli saanut entisen ilmeensä ja oli valmis kouluun.

Modifioidut T-solut eivät todennäköisesti toimi hänen loppuelämänsä ajan, mutta toimenpide voidaan aina toistaa. Tällä välin tämä kaunis tyttö, jolla on paksut ruskeat hiukset, on vapaa syöpäsoluista. Syksyllä 2013 useat lääketieteellisten geneetikkojen ryhmät raportoivat kerralla CAR-tekniikan käytöstä 120 potilaan hoidossa, joilla oli sama leukemiamuoto kuin Emily Whitehead, sekä muita muotoja. Viisi aikuista ja 19 lasta 22:sta pääsi remissioon.

tulevaisuudennäkymiä

Nyt geeniterapian asiantuntijoiden seuraava haaste on saada elintarvike- ja lääkevirastolta (FDA) hyväksyntä käyttääkseen kaikkea turvallisempaa vektorijärjestelmäänsä klinikalla. On tarpeen järjestää vaiheen III kliininen tutkimus, johon osallistuu suuri joukko vapaaehtoisia. Tämä kestää yleensä yhdestä viiteen vuotta. Vuoden 2013 lopussa noin 5 % 2 000 kokeesta on saavuttanut tämän vaiheen. Leberin taudista (kahdenpuoleinen näönmenetys mitokondrion DNA:n mutaatiosta: kahdeksanvuotiaalla Haasilla oli tämä patologia) kärsivien potilaiden hoitomenetelmän luojat ovat edenneet muita pidemmälle. Useat kymmenet potilaat ovat jo onnistuneet palauttamaan näön geeniterapian avulla.

Geeniterapia on yksi nopeasti kehittyvistä lääketieteen aloista, jossa ihmistä hoidetaan tuomalla terveitä geenejä kehoon. Lisäksi tutkijoiden mukaan geeniterapian avulla voit lisätä puuttuvan geenin, korjata tai korvata sen, mikä parantaa kehon toimintaa solutasolla ja normalisoi potilaan tilan.

Tiedemiesten mukaan 200 miljoonaa planeetan asukasta on potentiaalisia ehdokkaita geeniterapiaan tänään, ja tämä luku kasvaa jatkuvasti. Ja on erittäin ilahduttavaa, että useat tuhannet potilaat ovat jo saaneet hoitoa parantumattomiin vaivoihin osana meneillään olevia tutkimuksia.

Tässä artikkelissa puhumme siitä, mitä tehtäviä geeniterapia asettaa itselleen, mitä sairauksia voidaan hoitaa tällä menetelmällä ja mitä ongelmia tiedemiesten on kohdattava.

Missä geeniterapiaa käytetään?

Alun perin geeniterapia suunniteltiin taistelemaan vakavia perinnöllisiä sairauksia, kuten Huntingtonin tautia, kystistä fibroosia (kystistä fibroosia) ja eräitä infektiosairauksia vastaan. Kuitenkin vuodesta 1990, jolloin tutkijat onnistuivat korjaamaan viallisen geenin ja viemällä sen potilaan kehoon kukistamaan kystisen fibroosin, tuli todella vallankumouksellinen geeniterapian alalla. Miljoonat ihmiset ympäri maailmaa ovat saaneet toivoa sellaisten sairauksien hoidosta, joita aiemmin pidettiin parantumattomina. Ja vaikka tällainen terapia on aivan kehityksen alussa, sen potentiaali on yllättävää jopa tieteellisessä maailmassa.

Joten esimerkiksi kystisen fibroosin lisäksi nykyaikaiset tutkijat ovat saavuttaneet menestystä torjuttaessa sellaisia ​​perinnöllisiä patologioita, kuten hemofilia, entsymopatia ja immuunipuutos. Lisäksi geeniterapian avulla voit torjua joitain syöpiä, samoin kuin sydänsairauksia, hermoston sairauksia ja jopa vammoja, esimerkiksi hermovaurioita. Geeniterapiassa käsitellään siis äärimmäisen vaikeakulkuisia sairauksia, jotka johtavat varhaiseen kuolemaan ja joihin ei useinkaan ole muuta hoitoa kuin geeniterapia.

Geeniterapian periaate

Lääkärit käyttävät vaikuttavana aineena geneettistä tietoa, tai tarkemmin sanottuna molekyylejä, jotka kantavat sellaista tietoa. Harvemmin tähän käytetään RNA-nukleiinihappoja ja useammin DNA-soluja.

Jokaisessa tällaisessa solussa on niin kutsuttu "xerox" - mekanismi, jolla se muuntaa geneettisen tiedon proteiineiksi. Solu, jossa on oikea geeni ja kserox toimii ongelmitta, on geeniterapian näkökulmasta terve solu. Jokaisessa terveessä solussa on kokonainen kirjasto alkuperäisiä geenejä, joita se käyttää koko organismin oikeaan ja koordinoituun työhön. Jos kuitenkin jostain syystä jokin tärkeä geeni katoaa, sitä ei ole mahdollista palauttaa.

Tämä aiheuttaa vakavien geneettisten sairauksien, kuten Duchennen myodystrofian, kehittymisen (sen myötä potilas etenee lihashalvaukseen, ja useimmissa tapauksissa hän ei elä 30-vuotiaaksi, kuolee hengityshäiriöön). Tai vähemmän tappava. Esimerkiksi tietyn geenin "rikkoutuminen" johtaa siihen, että proteiini lakkaa suorittamasta tehtäviään. Ja tämä aiheuttaa hemofilian kehittymisen.

Kaikissa näissä tapauksissa tulee apuun geeniterapia, jonka tehtävänä on toimittaa normaali kopio geenistä sairaaseen soluun ja laittaa se solun "kopiokoneeseen". Tässä tapauksessa solun työ paranee ja ehkä koko organismin toiminta palautuu, minkä ansiosta ihminen pääsee eroon vakavasta sairaudesta ja voi pidentää elämäänsä.

Mitä sairauksia geeniterapia hoitaa?

Miten geeniterapia todella auttaa ihmistä? Tutkijoiden mukaan maailmassa on noin 4 200 sairautta, jotka johtuvat geenien toimintahäiriöistä. Tässä suhteessa tämän lääketieteen alueen potentiaali on yksinkertaisesti uskomaton. Paljon tärkeämpää on kuitenkin se, mitä lääkärit ovat onnistuneet saavuttamaan tänään. Tietenkin vaikeuksia matkan varrella riittää, mutta vielä tänäänkin voimme nostaa esiin useita paikallisia voittoja.

Esimerkiksi nykyajan tutkijat kehittävät lähestymistapoja sepelvaltimotaudin hoitoon geenien avulla. Mutta tämä on uskomattoman yleinen sairaus, joka vaikuttaa useampaan ihmiseen kuin synnynnäiset sairaudet. Lopulta sepelvaltimotautia kohtaava ihminen joutuu tilaan, jossa geeniterapia voi olla hänelle ainoa pelastus.

Lisäksi nykyään geenien avulla hoidetaan keskushermoston vaurioihin liittyviä patologioita. Nämä ovat sairauksia, kuten amyotrofinen lateraaliskleroosi, Alzheimerin tauti tai Parkinsonin tauti. Mielenkiintoista on, että näiden sairauksien hoitoon käytetään viruksia, jotka yleensä hyökkäävät hermostoon. Joten herpesviruksen avulla hermostoon toimitetaan sytokiineja ja kasvutekijöitä, jotka hidastavat taudin kehittymistä. Tämä on elävä esimerkki siitä, kuinka tavallisesti sairauksia aiheuttava patogeeninen virus käsitellään laboratoriossa, siitä poistetaan tautia kantavat proteiinit ja käytetään kasettina, joka kuljettaa parantavia aineita hermoihin ja toimii siten terveyden hyväksi, pidentää ihmisen toimintaa. elämää.

Toinen vakava perinnöllinen sairaus on kolesterolikemia, joka johtaa kehon kyvyttömyyteen säädellä kolesterolia, minkä seurauksena rasvat kerääntyvät elimistöön ja sydänkohtausten ja aivohalvausten riski kasvaa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi asiantuntijat poistavat osan maksasta potilaasta ja korjaavat vaurioituneen geenin, mikä estää kolesterolin kertymisen kehoon. Tämän jälkeen korjattu geeni sijoitetaan neutraloituun hepatiittivirukseen, ja sen avulla se lähetetään takaisin maksaan.

Lue myös:

Myös AIDS:n torjunnassa on tapahtunut myönteistä kehitystä. Ei ole mikään salaisuus, että aidsin aiheuttaa ihmisen immuunikatovirus, joka tuhoaa immuunijärjestelmän ja avaa portin tappaville sairauksille. Nykyajan tiedemiehet osaavat jo muuttaa geenejä niin, että ne lopettavat immuunijärjestelmän heikentämisen ja alkavat vahvistaa sitä vastustaakseen virusta. Tällaisia ​​geenejä viedään veren kautta, sen verensiirron kautta.

Geeniterapia toimii myös syöpää, erityisesti ihosyöpää (melanoomaa) vastaan. Tällaisten potilaiden hoitoon kuuluu tuumorinekroositekijöitä sisältävien geenien, so. geenit, jotka sisältävät kasvaimia estävää proteiinia. Lisäksi nykyään tehdään aivosyövän hoitokokeita, joissa sairaille potilaille ruiskutetaan geeniä, joka sisältää tietoa, joka lisää pahanlaatuisten solujen herkkyyttä käytettäville lääkkeille.

Gaucherin tauti on vakava perinnöllinen sairaus, joka johtuu geenin mutaatiosta, joka estää erityisen entsyymin - glukoserebrosidaasin - tuotantoa. Tästä parantumattomasta taudista kärsivien henkilöiden perna ja maksa ovat suurentuneet, ja taudin edetessä luut alkavat hajota. Tiedemiehet ovat jo onnistuneet kokeissa, joilla tällaisten potilaiden kehoon viedään geeni, joka sisältää tietoa tämän entsyymin tuotannosta.

Ja tässä on toinen esimerkki. Ei ole mikään salaisuus, että sokea menettää kykynsä havaita visuaalisia kuvia loppuelämänsä ajaksi. Yksi synnynnäisen sokeuden syistä on niin sanottu Leberin atrofia, joka itse asiassa on geenimutaatio. Tähän mennessä tutkijat ovat palauttaneet näkökyvyt 80 sokealle käyttämällä modifioitua adenovirusta, joka toimitti "toimivan" geenin silmäkudokseen. Muuten, muutama vuosi sitten tutkijat onnistuivat parantamaan kokeellisten apinoiden värisokeuden viemällä terveen ihmisen geenin eläimen silmän verkkokalvoon. Ja viime aikoina tällainen leikkaus mahdollisti värisokeuden parantamisen ensimmäisillä potilailla.

Ilmeisesti geenitietojen välitystapa virusten avulla on optimaalinen, koska virukset itse löytävät kohteensa kehosta (herpesvirus löytää varmasti hermosolut ja hepatiittivirus maksan). Tällä geeninsiirtomenetelmällä on kuitenkin merkittävä haittapuoli - virukset ovat immunogeenejä, mikä tarkoittaa, että jos ne joutuvat kehoon, immuunijärjestelmä voi tuhota ne ennen kuin ne ehtivät toimia, tai jopa aiheuttaa kehon voimakkaita immuunivasteita, vain huonontaa terveydentilaa.

On toinenkin tapa toimittaa geenimateriaalia. Se on pyöreä DNA-molekyyli tai plasmidi. Se kiertyy täydellisesti ja tulee erittäin kompaktiksi, minkä ansiosta tutkijat voivat "pakkaa" sen kemialliseen polymeeriin ja viedä sen soluun. Toisin kuin virus, plasmidi ei aiheuta immuunivastetta kehossa. Tämä menetelmä on kuitenkin vähemmän sopiva, koska 14 päivää myöhemmin plasmidi poistetaan solusta ja proteiinin tuotanto pysähtyy. Toisin sanoen tällä tavalla geeniä täytyy viedä sisään pitkään, kunnes solu "palautuu".

Siten nykyaikaisilla tiedemiehillä on kaksi tehokasta menetelmää geenien toimittamiseksi "sairaille" soluille, ja virusten käyttö näyttää olevan edullisempaa. Joka tapauksessa lopullisen päätöksen tietyn menetelmän valinnasta tekee lääkäri potilaan kehon reaktion perusteella.

Geeniterapian kohtaamat ongelmat

Voidaan päätellä, että geeniterapia on vähän tutkittu lääketieteen ala, johon liittyy suuri määrä epäonnistumisia ja sivuvaikutuksia, ja tämä on sen valtava haittapuoli. On kuitenkin olemassa myös eettinen ongelma, koska monet tutkijat vastustavat kategorisesti puuttumista ihmiskehon geneettiseen rakenteeseen. Siksi sukusolujen käyttö geeniterapiassa on nykyään kansainvälinen kielto, kuten myös istutusta edeltävien sukusolujen käyttö. Tämä tehdään ei-toivottujen geenimuutosten ja mutaatioiden estämiseksi jälkeläisissämme.

Muuten geeniterapia ei riko mitään eettisiä normeja, koska se on suunniteltu taistelemaan vakavia ja parantumattomia sairauksia vastaan, joissa virallinen lääketiede on yksinkertaisesti voimaton. Ja tämä on geeniterapian tärkein etu.
Pitä huolta itsestäsi!

Terveys

Ajatus viallisten geenien korvaamisesta terveillä, joka alkoi aktiivisesti hankkia tieteellistä kuorta viime vuosisadan 1990-luvun alussa näytti antavan toivoa kaikkein toivottomille potilaille. Ensimmäisen vuonna 1990 tehdyn geeniterapiakokeen jälkeen tutkijoiden optimismi on kuitenkin jonkin verran heikentynyt - ja kaikki johtuu geeniterapiamenetelmien toteuttamisessa ilmenneistä epäonnistumisista ja vaikeuksista. Geeniterapian tarjoamat mahdollisuudet Parkinsonin taudin, kystisen fibroosin, erilaisten syöpien ja monien muiden sairauksien hoitoon ovat kuitenkin todella rajattomat. Siksi tiedemiehet työskentelevät väsymättä yrittää voittaa kaikki geeniterapiaan liittyvät vaikeudet.

Mitä on geeniterapia?

Mitä geeniterapia sitten oikein on? Jotta tähän kysymykseen voidaan vastata, se on muistettava geenien päätehtävä kehossamme on säädellä proteiinien tuotantoa välttämätön kaikkien solujen normaalille toiminnalle ja terveydelle. Mutta jotkut geneettiset viat (geenivirheet) häiritsevät niiden päätoimintoa, jossain määrin estäen proteiinien tuotannon. Geeniterapian (geeniterapian) tavoitteena on viallisten geenien korvaaminen terveillä. Tämä auttaa luomaan vastaavan proteiinin lisääntymisen, mikä tarkoittaa, että henkilö paranee tietystä taudista.

Kun otetaan huomioon ihanteellinen kehitysskenaario, solut säädetyt deoksiribonukleiinihapon (DNA) molekyylit alkaa jakautua, tuottaen puolestaan ​​useita kopioita korjatusta geenistä, mikä antaa keholle mahdollisuuden päästä eroon geneettisestä poikkeavuudesta ja parantua kokonaan. Terveiden geenien vieminen sairaisiin soluihin (sekä yritykset korjata vastaavat poikkeamat) on kuitenkin erittäin monimutkainen prosessi, mikä on toistaiseksi harvoin onnistunut.. Siksi useimmat nykyajan tutkimukset pyrkivät kehittämään turvallisia ja luotettavia mekanismeja geenien viemiseksi vaurioituneisiin soluihin.

Geeniterapian tyypit: ex vivo ja in vivo -terapia

Geeniterapiaa voidaan suorittaa riippuen menetelmästä, jolla DNA viedään potilaan genomiin joko soluviljelmässä (ex vivo) tai suoraan kehossa (in vivo). Ex vivo -geeniterapiassa solut poistetaan potilaan kehosta, muunnetaan geneettisesti ja viedään sitten takaisin yksilön kehoon. Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen verisairauksien hoidossa, koska verisoluja voidaan poistaa ja laittaa takaisin melko helposti. Useimpien muiden sairauksien tapauksessa solujen poistaminen kehosta ja niiden palauttaminen takaisin sisään ei kuitenkaan ole helppoa. Esimerkiksi, geneettisistä syistä johtuvan sydänsairauden tapauksessa, tehokas toimenpide on ns. in vivo -geeniterapia, jossa geenimuutokset tehdään suoraan potilaan kehossa. Tämän toimenpiteen suorittamiseksi geneettistä tietoa toimitetaan suoraan soluun vektorin - nukleiinihappomolekyylin, käytetään geenitekniikassa geneettisen materiaalin siirtämiseen. Useimmissa tapauksissa tutkijat käyttävät tämän siirron suorittamiseksi viruksia, jotka eivät ole vaarallisia terveydelle ja elämälle.

Menetelmät geneettisen tiedon kuljettamiseksi soluun

Lukuisat tutkimukset osoittavat, että erilaisten virusten käyttö on erittäin tehokas ratkaisu, jonka avulla voit päästä läpi kehon immuunipuolustuksen ja infektoi sitten solut käyttämällä niitä viruksen levittämiseen. Tämän toimenpiteen suorittamiseksi geeniteknikot valitsivat sopivimmat virukset retrovirusten ja adenovirusten ryhmästä. Retrovirukset tuovat geneettistä tietoa ribonukleiinihapon (RNA) muodossa, DNA:n kaltaisena molekyylinä, joka auttaa käsittelemään DNA:han tallennettua geneettistä tietoa. Heti kun on mahdollista tunkeutua syvälle niin kutsuttuun kohdesoluun, RNA-molekyylistä saadaan kopio DNA-molekyylistä. Tätä prosessia kutsutaan käänteistranskriptioksi. Kun uusi DNA-molekyyli on kiinnitetty soluun, kaikki solun uudet kopiot sisältävät kyseisen muunnetun geenin.

Adenovirukset kuljettavat geneettistä tietoa välittömästi DNA:n muodossa, joka toimitetaan jakautumattomaan soluun. Vaikka nämä virukset toimittavat DNA:ta suoraan kohdesolun tumaan DNA ei sovi solun genomiin. Siten muunneltu geeni ja geneettinen informaatio eivät siirry tytärsoluihin. Adenoviruksilla suoritettavan geeniterapian etuna on, että geenejä on mahdollista viedä hermoston soluihin ja hengitysteiden limakalvoille, jälleen vektorin avulla. Lisäksi on olemassa kolmas geeniterapiamenetelmä, joka suoritetaan niin kutsuttujen adeno-assosioituneiden virusten kautta. Nämä virukset sisältävät suhteellisen pieni määrä geneettistä tietoa, ja niitä on paljon vaikeampi eliminoida kuin retrovirukset ja adenovirukset. Adeno-assosioituneiden virusten etuna on kuitenkin se, että ne eivät aiheuta ihmisen immuunijärjestelmän reaktiota.

Vaikeuksia käytettäessä viruksia geeniterapiassa

Suurin ongelma, joka liittyy menetelmään viedä geneettistä tietoa soluun virusten avulla, on se on erittäin vaikeaa hallita täysin geenien yhteyttä kohdesoluun. Tämä voi olla erittäin vaarallista, sillä ns. geenin ilmentyminen, joka voi muuttaa terveet solut syöpäsoluiksi, ei ole poissuljettu. Tällä hetkellä tämä ongelma on erityisen tärkeä retrovirusten käsittelyssä. Toinen ongelma joiden ratkaisua ei ole vielä mahdollista organisoida, johtuu siitä, että yksi geeniterapian käyttömenettely ei useimmiten riitä. Useimmat geeniterapiat on toistettava aika ajoin. Ja kolmanneksi, virusten käyttöä geneettisen tiedon kuljettamiseen soluun vaikeuttaa kehon immuunijärjestelmän reaktion riski. Tämä on myös erittäin vakava ongelma, varsinkin tapauksissa, joissa kun geeniterapiatoimenpiteet on toistettava toistuvasti, kun potilaan keho vähitellen sopeutuu ja alkaa taistella injektoituja viruksia vastaan ​​entistä tehokkaammin.

Geeniterapia: Tutkimus jatkuu

Jos puhumme menestyksestä, niin tällä hetkellä geeniterapia on erittäin tehokas toimenpide. niin sanotun yhdistetyn immuunivajavuuden hoidossa, joka liittyy X-kromosomigeeniin. Toisaalta on hyvin harvoja tapauksia, joissa geeniterapiaa on käytetty menestyksekkäästi tämän taudin hoitoon. Lisäksi itse hoito on riskialtista, sillä se voi aiheuttaa potilaille useita leukemiaa sairastavia oireita. Tämän sairauden lisäksi on hyvin, hyvin harvoja tapauksia, joissa käytetään yhtä tehokasta geeniterapiaa, vaikka viimeaikaiset tutkimukset antavat toivoa geeniterapian varhaisesta käytöstä Niveltulehduksesta, aivosyövästä, sirppisoluanemiasta, verkkokalvon halkeamasta ja useista muista sairauksista kärsivien potilaiden hoitoon.

Osoittautuu, että on liian aikaista puhua geeniterapian käytännön soveltamisesta lääketieteessä. Kuitenkin, Tutkijat etsivät edelleen tapoja käyttää geeniterapiaa turvallisesti ja tehokkaasti, joka on suorittanut suurimman osan kokeista elävällä kudoksella, joka on siirretty kehosta keinotekoiseen ulkoiseen ympäristöön. Näiden kokeiden joukossa tutkimukset, joissa tutkijat yrittävät viedä keinotekoisen, 47. kromosomin kohdesoluun, ovat erittäin mielenkiintoisia. Viimeaikaiset tieteelliset havainnot ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää prosesseja paremmin esiintyy RNA-molekyylin viemisen aikana. Tämä on johtanut mekanismin kehittämiseen geenitranskription suppressoimiseksi (ns. geenin poisto), josta voi olla hyötyä Hamiltonin taudin hoidossa. Tutkijat raportoivat myös, että he ovat onnistuneet kehittämään tavan toimittaa geneettistä tietoa aivosoluille, mitä aiemmin ei voitu tehdä vektorilla, koska tämä molekyyli oli liian suuri tähän tarkoitukseen. Toisin sanoen tutkimus jatkuu, mikä tarkoittaa, että ihmiskunnalla on kaikki mahdollisuudet oppia taistelemaan sairauksia vastaan ​​geeniterapiamenetelmien avulla.

14943 0

Sen geenin lokalisoinnin ja sekvenssin selvittäminen, jonka mutaatiot aiheuttavat tiettyjä sairauksia, sekä itse mutaatio ja nykyaikaiset testausmenetelmät mahdollistavat taudin diagnosoinnin organismin neo- ja jopa prenataalisessa kehitysvaiheessa. Tämä mahdollistaa geneettisen vian ilmenemisen lieventämisen lääkehoidon, ruokavalion, verensiirron jne. avulla.

Tämä lähestymistapa ei kuitenkaan johda itse vian korjaamiseen, ja yleensä perinnöllisiä sairauksia ei voida parantaa. Tilannetta vaikeuttaa entisestään se, että yhden geenin mutaatiolla voi olla erilaisia ​​seurauksia kehossa. Jos geenimutaatio aiheuttaa muutoksia sen koodaaman entsyymin aktiivisuudessa, se voi johtaa myrkyllisen substraatin kerääntymiseen tai päinvastoin solun normaalille toiminnalle välttämättömän yhdisteen puutteeseen.

Tunnettu esimerkki tällaisesta sairaudesta on fenyyliketonuria. Se johtuu mutaatiosta maksaentsyyminenissä, joka katalysoi fenyylialaniinin muuttumista tyrosiiniksi. Tämän seurauksena endogeenisen fenyylialaniinin taso veressä kohoaa, mikä aiheuttaa epäasianmukaisen myeliinivaipan muodostumisen keskushermoston hermosolujen aksonien ympärille ja tämän seurauksena vakavan henkisen jälkeenjääneisyyden.

Jos mutaatio vaikuttaa rakenneproteiinigeeniin, se voi johtaa vakaviin häiriöihin solujen, kudosten tai elinten tasolla. Esimerkki tällaisesta sairaudesta on kystinen fibroosi.

Kystisen fibroosin kuljettajaksi kutsuttua proteiinia koodaavan geenin deleetio johtaa viallisen proteiinin synteesiin (fenyylialaniini 508:n puuttuminen) ja kloridi-ionien kuljetuksen heikkenemiseen solukalvojen läpi. Yksi tämän haitallisimmista vaikutuksista on, että keuhkoja vuoraava ja suojaava lima muuttuu epätavallisen paksuksi. Tämä vaikeuttaa pääsyä keuhkojen soluihin ja edistää haitallisten mikro-organismien kerääntymistä. Keuhkojen hengitysteitä peittävät solut kuolevat ja korvautuvat kuituisella arpikudoksella (tästä taudin nimi). Tämän seurauksena potilas kuolee hengitysvajaukseen.

Perinnöllisille sairauksille on ominaista monimutkaiset kliiniset ilmenemismuodot, ja niiden perinteinen hoito on pääosin oireenmukaista: fenyyliketonurian hoitoon määrätään alaniiniton ruokavalio, vialliset proteiinit korvataan toiminnallisella suonensisäisellä annolla ja kompensoimiseksi siirretään luuydintä tai muita elimiä. kadonneista toiminnoista. Kaikki nämä toimenpiteet ovat pääsääntöisesti tehottomia, kalliita, pitkäaikaisia, ja vain harvat potilaat elävät vanhuuteen. Siksi pohjimmiltaan uudenlaisten hoitomuotojen kehittäminen on erittäin tärkeää.

Geeniterapia

Vuonna 1990 Yhdysvalloissa tohtori W. French Andrson teki ensimmäisen geeniterapiayrityksen vaikean yhdistetyn immuunivajavuuden (SCID) hoitoon kolmivuotiaalla tytöllä, Ashanthi da Silvalla. Tämä sairaus johtuu adenosanadenylaasia (ADA) koodaavan geenin mutaatiosta. Tämän entsyymin puute edistää adenosiinin ja deoksiadenosiinin kerääntymistä vereen, minkä toksinen vaikutus johtaa B- ja T-lymfosyyttien kuolemaan ääreisveressä ja sen seurauksena immuunipuutokseen.

Lapset, joilla on tällainen sairaus, on suojattava kaikilta infektioilta (säilytettävä erityisissä steriileissä soluissa), koska mikä tahansa sairaus voi olla kohtalokas. 4 vuotta hoidon aloittamisen jälkeen lapsella ilmeni normaalisti toimiva ADA ja SCID-oireet helpottivat, minkä ansiosta hän pääsi poistumaan steriilistä kammiosta ja elää normaalia elämää.

Siten somaattisten solujen onnistuneen geneettisen terapian perustavanlaatuinen mahdollisuus osoitettiin. 90-luvulta lähtien. geeniterapiaa testataan useiden geneettisten sairauksien varalta, mukaan lukien sellaiset vakavat sairaudet kuin hemofilia, AIDS, erilaiset pahanlaatuiset kasvaimet, kystinen fibroosi jne. Tällä hetkellä noin 10 ihmisen sairautta voidaan parantaa transgeneesin avulla.

Geneettisten sairauksien monimuotoisuus on edeltänyt useiden geeniterapian lähestymistapojen kehittämistä. Tässä tapauksessa ratkaistaan ​​2 pääongelmaa: keino terapeuttisen geenin kuljettamiseksi; menetelmä kohdennetun toimituksen aikaansaamiseksi korjaukseen tarkoitettuihin soluihin. Tähän mennessä kaikki somaattisten solujen geeniterapian lähestymistavat voidaan jakaa kahteen kategoriaan: ex vivo ja in vivo -terapiaan (kuva 3.15).

Riisi. 3.15. Geeniterapiakaavio ex vivo (a) ja in vivo (a)

In vivo -geeniterapiaan kuuluu terapeuttisen geenin toimittaminen suoraan tietyn potilaan kudoksen soluihin. Tarkastellaanpa näitä lähestymistapoja yksityiskohtaisemmin.

Ex vivo -geeniterapia sisältää seuraavat vaiheet:
1) potilaan viallisten solujen hankkiminen ja niiden viljely;
2) halutun geenin siirtäminen eristettyihin soluihin transfektoimalla terapeuttinen geenirakenne;
3) geneettisesti korjattujen solujen valinta ja kasvu;
4) näiden solujen siirto tai siirto potilaaseen.

Potilaan omien solujen käytöllä varmistetaan, että kun ne on palautettu, potilaalle ei synny immuunivastetta. Geenikonstruktioiden siirtomenettelyn on oltava tehokas ja normaali geeni on säilytettävä stabiilisti ja ilmennettävä jatkuvasti.

Luonnon itsensä luomien geenien siirtokeinoja ovat virukset. Tehokkaiden vektoreiden saamiseksi geenin kuljettamiseen käytetään pääasiassa kahta virusryhmää - adenoviruksia ja retroviruksia (kuva 3.16). Geeniterapiassa käytetään geneettisesti neutraloitujen virusten variantteja.

Riisi. 3.16. Viruksia käytetään terapeuttisten vektorien luomiseen

Riisi. 3.17. Tyypillisen retroviruksen geneettinen kartta (a) ja retrovirusvektorikartta (a)

Retrovirusvektorin vastaanotettuaan retroviruksen täyspitkä DNA insertoidaan plasmidiin, suurin osa gag-geenistä poistetaan ja pol- ja env-geenit poistetaan kokonaan, ja niiden sijaan "terapeuttinen" T-geeni ja Tarvittaessa markkeriselektiivinen Rg-geeni, jossa on oma promoottori, insertoidaan (kuvio 3.17, b). T-geenin transkriptiota säätelee sama vahva promoottori, joka sijaitsee 5'-LTR-alueella.Tämän kaavion perusteella luotiin erilaisia ​​retrovirusvektoreita ja DNA-insertin maksimikoko noin 8 kb.

Näin saatua konstruktia voidaan käyttää sellaisenaan transformaatioon, mutta sen tehokkuus ja myöhempi integraatio isäntäsolun genomiin on erittäin alhainen. Siksi kehitettiin menetelmä retrovirusvektorin täyspitkän RNA:n pakkaamiseksi koskemattomiksi viruspartikkeleiksi, jotka tunkeutuvat soluun suurella taajuudella ja jotka taataan integroituvan isäntägenomiin. Tätä varten luotiin niin kutsuttu "pakkaus"-solulinja. Näiden solujen kromosomien kahteen eri osaan on ommeltu retrovirusgeenit gag ja pol-env, joilta puuttuu + (84*+) -sekvenssin puuttuminen (kuva 3.18).

Riisi. 3.18. Kaavio pakatun virusvektorin saamiseksi

Retrovirukset infektoivat aktiivisesti vain nopeasti jakautuvia soluja. Geeninsiirtoa varten niitä käsitellään puhdistetuilla pakatuilla retrovirusvektoripartikkeleilla tai viljellään yhdessä niitä tuottavan solulinjan kanssa ja valitaan sitten kohde- ja pakkaussolujen erottamiseksi.

Transdusoidut solut tarkistetaan huolellisesti terapeuttisen geenituotteen synteesin tason, replikaatiokykyisten retrovirusten puuttumisen ja solujen kasvu- tai toimintakyvyn muutosten puuttumisen suhteen.

Geeniterapiaan sopivimpia ovat luuydinsolut. Tämä johtuu siitä, että siinä on totipotentteja alkion kantasoluja, jotka voivat lisääntyä ja erilaistua erityyppisiksi soluiksi - B- ja T-lymfosyyteiksi, makrofageiksi, erytrosyyteiksi, verihiutaleiksi ja osteoklasteiksi. Juuri näitä soluja käytetään useiden perinnöllisten sairauksien hoitoon, mukaan lukien jo mainittu vakava yhdistetty immuunipuutos, Gaucherin tauti, sirppisoluanemia, talassemia, osteoporoosi jne.

Totipotenttien luuytimen kantasolujen lisäksi, joita on vaikea eristää ja viljellä, käytetään napanuoraveren kantasoluja (suositeltu käyttö vastasyntyneen geeniterapiaan) sekä maksasoluja - hepatosyyttejä - hyperkolesterolemian hoitoon.

In vivo -geeniterapiassa on erityisen tärkeää varmistaa terapeuttisen geenin toimittaminen viallisiin soluihin. Tällainen kohdennettu kuljetus voidaan saada aikaan modifioiduilla vektoreilla, jotka perustuvat viruksiin, jotka kykenevät infektoimaan tietyntyyppisiä soluja. Harkitse jo edellä mainittua kystisen fibroosin hoitoon kehitettyä lähestymistapaa. Koska keuhkot ovat avoin ontelo, niihin on suhteellisen helppoa toimittaa terapeuttisia geenejä. Terveen geenin kloonattu variantti vietiin inaktivoituun adenovirukseen (kuva 3.19). Tämän tyyppisen viruksen spesifisyys on, että se saastuttaa keuhkojen limakalvon ja aiheuttaa vilustumisen.

Riisi. 3.19. Kaavio adenovirukseen perustuvan vektorin saamiseksi

Retro- ja adenovirusten lisäksi geeniterapiakokeissa käytetään myös muun tyyppisiä viruksia, kuten Herpes simplex -virusta. Tämän kaksijuosteisen (152 kb) DNA-viruksen ominaisuus on sen kyky infektoida spesifisesti hermosoluja. Keskus- ja ääreishermostoon vaikuttavia geneettisiä sairauksia on monia – kasvaimia, aineenvaihduntahäiriöitä, hermostoa rappeuttavia sairauksia (Alzheimerin tauti, Parkinsonin tauti).

Herpes simplex -virus tyyppi I (HSV) on erittäin sopiva vektori tällaisten sairauksien hoitoon. Tämän viruksen kapsidi fuusioituu hermosolun kalvon kanssa ja sen DNA kuljetetaan ytimeen. Useita menetelmiä terapeuttisen geenin siirtämiseksi HSV-vektoreita käyttämällä on ehdotettu, ja koe-eläimillä on suoritettu onnistuneita testejä.

Virusvektoreilla on useita haittoja: korkea hinta, rajoitettu kloonauskapasiteetti ja mahdollinen tulehdusvaste. Joten vuonna 1999 adenovirusvektorin käyttöönoton aiheuttaman epätavallisen voimakkaan immuunivasteen seurauksena 18-vuotias vapaaehtoinen, joka osallistui lääketutkimuksiin, kuoli. Vuonna 2002 Ranskassa kahdelle lapselle kehittyi leukemiaa muistuttava sairaus immuunikatohoidon aikana (tuottamalla terapeuttisia geenejä kantasoluihin retroviruksia käyttämällä).

Siksi kehitetään ei-viraalisia geeninkuljetusjärjestelmiä. Yksinkertaisin ja tehottomin tapa on ruiskuttaa plasmidi-DNA:ta kudoksiin. Toinen lähestymistapa on kudosten pommittaminen kultamikrohiukkasilla (1-3 µm), jotka on konjugoitu DNA:han. Tällöin terapeuttiset geenit ilmentyvät kohdekudoksissa ja niiden tuotteet - terapeuttiset proteiinit - pääsevät verenkiertoon. Tämän lähestymistavan suurin haittapuoli on näiden proteiinien ennenaikainen inaktivointi tai tuhoutuminen veren komponenttien toimesta.

DNA voidaan toimittaa pakkaamalla se keinotekoiseen lipidikuoreen. Tällä tavalla saadut pallomaiset hiukkaset-liposomit tunkeutuvat helposti solukalvon läpi. Liposomeja, joilla on erilaisia ​​ominaisuuksia, on luotu, mutta toistaiseksi tällaisen kuljetuksen tehokkuus on alhainen, koska suurin osa DNA:sta on alttiina lysosomaaliselle hajoamiselle. Lisäksi geneettisen rakenteen kuljettamiseksi DNA-konjugaatteja syntetisoidaan erilaisten molekyylien kanssa, jotka voivat varmistaa sen turvallisuuden, kohdistetun toimituksen ja solun tunkeutumisen.

Viime vuosina on tehty intensiivisiä kokeita keinotekoisen 47. kromosomin luomiseksi, mikä mahdollistaisi suuren määrän geneettistä materiaalia, jossa on täydellinen sarja säätelyelementtejä yhdelle tai useammalle terapeuttiselle geenille. Tämä tekisi mahdolliseksi käyttää terapeuttisen geenin genomista varianttia ja siten varmistaa sen stabiilisuuden ja tehokkaan pitkäaikaisen ilmentymisen. Suoritetut kokeet ovat osoittaneet, että terapeuttisia geenejä sisältävän keinotekoisen ihmisen kromosomin luominen on varsin realistista, mutta vielä ei ole selvää, kuinka niin valtava molekyyli viedään kohdesolun ytimeen.

Geeniterapian tärkeimmät ongelmat vakavan immuunireaktion riskin lisäksi ovat terapeuttisen DNA:n pitkäaikaisen varastoinnin ja toiminnan vaikeudet potilaan kehossa, monien sairauksien monigeenisyys, mikä tekee niistä vaikean kohteen geenille. hoitoon ja riskiin käyttää viruksia vektoreina.

PÄÄLLÄ. Voinov, T.G. Volova