Gentherapie: Gruppen, Ansätze, Vektoren und andere Details

Gentherapie: Gruppen, Ansätze, Vektoren und andere Details!

Ein Gen ist eine lineare DNA-Sequenz, die für ein bestimmtes Protein kodiert, das für bestimmte Funktionen benötigt wird.

Eine Mutation im Gen führt zur Produktion eines fehlerhaften Proteins und folglich sind die vom normalen Protein ausgeführten Funktionen betroffen. Mutationen im Gen sind eine der Ursachen vieler genetischer Erkrankungen. Das Konzept der Gentherapie ist, dass, wenn ein korrektes Gen in einen Patienten eingeführt wird (der an einem defekten Gen leidet), die genetische Erkrankung kontrolliert oder geheilt werden kann. In den 1980er Jahren wurde dieses ursprüngliche Konzept als "genetische Ersatztherapie" bezeichnet.

Nun ist der Begriff "Gentherapie" aus seiner ursprünglichen Definition herausgewachsen und wird auf alle Protokolle angewendet, die ein Element des Gentransfers beinhalten (und nicht notwendigerweise ein Gen, von dem bekannt ist, dass es eine Krankheit verursacht). Einige genetische Erkrankungen werden durch einen Defekt nur eines Gens verursacht (wie Adenosindeaminase (ADA) -Mangel, Mukoviszidose, Sichelzellenanämie).

Eine Gentherapie zur Korrektur eines solchen einzelnen Gendefekts ist wahrscheinlicher erfolgreich. Auf der anderen Seite beinhalten einige genetische Erkrankungen mehrere genetische Faktoren, und es kann schwieriger sein, eine solche Krankheit durch Gentherapie zu behandeln. Die Gentherapie kann sowohl bei angeborenen als auch bei erworbenen Krankheiten angewendet werden.

Die Gentherapie wurde in die Gruppen unterteilt:

1. Somatischer Zell-Gentransfer ist der Transfer von Gen zu normalen diploiden Zellen.

Diese Methode betrifft nur die Person, der die Gentherapie verabreicht wird, und die Auswirkungen der Gentherapie werden nicht an zukünftige Generationen weitergegeben.

2. Keimbahn-Gentransfer ist der Transfer des Gens in haploide Eizellen oder Samenzellen des Fortpflanzungssystems. Das übertragene Gen wird in nachfolgenden Generationen an die Nachkommen weitergegeben. Keimbahn-Gentherapieprotokolle werden häufig bei der Produktion transgener Tiere für Forschung, Landwirtschaft und Biotechnologie verwendet.

Die Entwicklung einer schweren und belastenden erblichen genetischen Erkrankung des Menschen könnte vor der Geburt verhindert werden, und solche Krankheiten könnten in nachfolgenden Generationen beseitigt werden. Wegen des Missbrauchspotenzials muss die Keimbahn-Gentherapie beim Menschen jedoch ausführlich diskutiert werden, bevor dieser Ansatz zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden kann.

Es gibt zwei unterschiedliche Ansätze zur Übertragung von Genen in Zellen:

1. Ex-vivo-Gentransfer:

Die benötigten Zellen eines Patienten werden isoliert und die gewünschten Gene in die Zellen eingebracht. Die transfizierten Zellen werden wieder in den Patienten eingeführt.

2. In-vivo-Gentransfer:

Die gewünschten Gene werden in den Patienten eingeführt. Die Gene gelangen in die Zellen des Patienten. Die Gentherapie in der Transplantationsmedizin wird höchstwahrscheinlich als komplementärer Ansatz verwendet.

1. Gene könnten in Transplantate eingeführt werden, so dass die Genprodukte die Aktivierung der T-Zellen des Empfängers gegen das Transplantat blockieren.

2. Gene, die spenderspezifische MHC-Antigene produzieren, könnten vor der Transplantation in den Empfänger eingeführt werden. Die von den eingeführten Genen produzierten Spender-MHC-Antigene könnten im Empfänger Transplantationstoleranz induzieren.

Gentransfer-Vektoren:

Vektoren sind die Vehikel, mit denen die interessierenden Gene auf die Zielzellen übertragen werden. Die Zielzelle exprimiert dann das durch das übertragene Gen kodierte Protein. Das interessierende Gen, das übertragen wird, wird auch als "Transgen" bezeichnet.

Vor der Auswahl eines geeigneten Vektors werden viele Faktoren berücksichtigt:

1. Der Typ der Zielzelle.

2. Der Teilungszustand der Zielzelle.

3. Die Größe des Transgens.

4. Die Zeitdauer, die das Transgen ausgedrückt werden muss.

5. Das Potenzial für eine Immunantwort gegen den induzierten Vektor, die für die Person, die sich der Gentherapie unterzieht, schädlich sein kann.

6. Die einfache Herstellung von Vektor.

7. Die Fähigkeit, dem Patienten mehr als einmal Vektor zu verabreichen.

8. Sicherheitsfragen.

Gentransfer-Vektoren:

Viren haben die Fähigkeit, in Zellen einzudringen und sich innerhalb der Zellen zu vermehren. Daher werden abgeschwächte oder modifizierte Versionen von Viren als Vektoren verwendet, um das interessierende Gen in eine Zelle zu tragen.

Die retroviralen Vektoren, die als Vektoren in der Gentherapie verwendet werden, sind:

1. Moloney-Maus-Leukämie-Virus (MMLU):

Einer der wichtigsten Nachteile retroviraler Vektoren besteht darin, dass die retroviralen Vektoren zufällig an eine beliebige Stelle in der Wirts-DNA insertiert werden können. Die zufällige Insertion eines retroviralen Genoms in die Wirts-DNA kann zu folgenden unerwünschten Ereignissen führen.

ich. Die Insertion eines retroviralen Genoms in ein Wirtsgen, das für die Produktion eines wichtigen Proteins verantwortlich ist, wird die Produktion des Proteins verhindern.

ii. Die Insertion eines retroviralen Genoms in das Tumorsuppressor-Gen des Wirts kann das Tumorsuppressor-Gen inaktivieren und zur Entwicklung eines Tumors führen.

2. Adeno-Virus:

Die adenovirale DNA bleibt episomal und wird selten in die Wirts-DNA integriert. Adenovirale Proteine ​​werden jedoch auf der Oberfläche transfizierter Zellen exprimiert. Folglich können Immunreaktionen gegen die Adeno-Virusproteine ​​induziert werden, was zum Angriff der transfizierten Zellen durch das Immunsystem des Wirts führt. Außerdem kann das Adenovirus selbst Erkrankungen des Wirts verursachen.

3. Adeno-assoziiertes Virus (AAV):

Die Vorteile von Adeno-assoziierten Viren sind, dass es keine menschliche Krankheit verursacht, viele Zelltypen infizieren und sich stabil in das Wirtsgenom integrieren kann.

4. Herpes-simplex-Virus.

5. Vaccinia-Virus

Nicht-virale Gene-Lieferung:

1. Liposomen bestehen aus den Lipidspezies, einem kationischen Amphiphil und einem neutralen Phospholipid. Liposomen binden an DNA und kondensieren diese, um Komplexe zu bilden, die eine hohe Affinität für die Plasmamembranen von Zellen haben. dies führt zur Aufnahme von Liposomen in das Zellcytoplasma durch endozytotischen Prozess. Kürzlich wurde eine Kombination von viralen und nicht-viralen Elementen entwickelt, um die Effizienz des Gentransfers in die Zelle zu erhöhen.

Die erste Gentherapie wurde vor fast zehn Jahren an einem menschlichen Patienten versucht. Seitdem wurden über 390 Gentherapie-Studien mit über 4000 Probanden durchgeführt. Die erste erfolgreiche Gentherapie hat die Funktion des Immunsystems bei zwei französischen Babys, die mit X-linked Form SCID geboren wurden, wiederhergestellt.

Die Stammzellen im Knochenmark dieser Patienten wurden geerntet; Das normale Gen wurde in vitro in die defekten Stammzellen transduziert und die Stammzellen wurden korrigiert. dann wurden die korrigierten Stammzellen wieder in dieselben Patienten transplantiert. Bald produzierten diese Patienten normale Immunzellen. Es kann jedoch nicht als voller Erfolg bezeichnet werden, bis die Kinder viel älter sind. Diese ersten Ergebnisse sind jedoch äußerst vielversprechend und ermutigend.

Die Gentherapie steckt als biomedizinische Wissenschaft noch in den Kinderschuhen. Chronische granulomatöse Krankheit (CGD) ist eine Immunschwächekrankheit. Eine X-verknüpfte Form der CGD macht etwa 65 Prozent aller Fälle aus. Hämatopoetische Stammzellen der X-gebundenen CGD-Patienten wurden isoliert und mit einem normalen Gen (der gp91-Phox-Untereinheit des Enzyms, Phagozytenoxidase genannt) transduziert. Die transformierten Zellen wurden dann wieder in dieselben Patienten eingeführt, von denen die Zellen isoliert wurden. Drei von vier Patienten, die auf diese Weise behandelt wurden, haben für 16-14 Monate eine kontinuierliche Produktion von Neutrophilen erhalten.

Die Gentherapie ist ein neuartiger Ansatz zur Behandlung von Krankheiten, indem die Expression des Gens einer Person in Richtung eines therapeutischen Ziels verändert wird. Genaustausch ist theoretisch wünschenswerter als der Zusatz von Genen. Das defekte Gen im Chromosom wird entfernt und ein korrektes Gen in die Position gebracht, in der sich das normale Gen befinden soll. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das ersetzte Gen nur zu Zeiten der Anforderung und in vom Körper benötigten Mengen exprimiert wird (z. B. das eingeführte Gen verhält sich, als ob es ein normales Gen wäre).

Genkorrektur:

Die fehlerhafte Sequenz im abnormalen Chromosom wird korrigiert, so dass das Gen nach der Korrektur als normales Gen fungiert.

Die Gentherapie bietet viel Hoffnung für verschiedene klinische Bedingungen. In der Transplantationsmedizin wird die Gentherapie genutzt, um die akute und chronische Abstoßung von Transplantaten zu verhindern.

Grundsätzlich gibt es zwei Ansätze:

1. Gene, die zur Verhinderung der Transplantatabstoßung wichtig sind, können eingeführt werden (z. B. Gene, die für immunsuppressive Cytokine oder co-stimulierende Blockmoleküle kodieren).

2. Antisense-Nukleinsäuren, um die Produktion von mit der Abstoßung verbundenen Molekülen wie Adhäsionsmolekülen zu blockieren.