Генната терапия става все по-важен въпрос в научните новини (среди). Основната концепция на генната терапия е да представи ген с капацитета (възможността) да лекува или предотвратява прогресията на заболяване. Генната терапия предоставя нормално копиране на ген в клетка, в която този ген е дефектен. Клетките, тъканта, или дори цели индивиди ( когато germ-line cell therapy бъде достъпна) променени чрез генната терапията ще бъдат трансгенетични или генно модифицирани. Генната терапия може да бъде прицелна точка за поправката на наследствени болести, да елиминира ракови клетки, да предотврати сърдечносъдови заболявания, да блокира нервни разстройства и дори да елиминира заразни патогени. Както и да е, генната терапия трябваше да бъде видна (известна) с употребата на геноми както откриването на новите лекарства и техниките за диагноза, въпреки че и двете са свързани в някакви отношения. Двата основни вида генна терапия са генна терапия със соматични клетки и възпроизводителни клетки или germ-line cell therapy. Тази глава дискутира също така терапевтичният клонинг, който включва манипулация на стволови клетки за продукция на тъкани и органи.
Germ-line cell therapy включва въвеждането на корегираните гени в репродуктивни клетки (сперматозоидите и яйцеклетките) или зиготи, с цел да създаде благотворна генетична промяна, която да се предаде на потомството, когато гените са представени в репродуктивните клетки, наследяващите клетки могат да наследят и гените.
Генната терапия със соматични клетки, тази, която не е свъзана пряко с репродукция, довежда до промени, които не са предадени в потомство. Пример на генната терапия със соматични клетки е въвеждането на гени в орган или тъкан, които допринасят за производството на ензим. Това изменение не засяга генетичния състав на индивида като цяло и не е предадено в неговите потомъци. При генната терапия със соматични клетки, нефункциониращ орган може да подобри способността си да функционира нормално. Тази технология има много приложения за подобряване на човешкото здраве. Един вариант на генната терапия със соматични клетки са ДНК ваксините, които позволяват на клетки от имунната система да се борят със сигурни болести по метод познат от досегашните ваксини.
Терапията със стволови клетки включва използването на т. нар. pluripotent cells, или клетките, които могат да се диференцират, в който и да е друг вид клетка. Стволовите клетки (Stem cells) са открити при разработване (изследване) на зародиши и в някои тъкани на възрастни индивиди. Тази терапия е подобна на общоприетата трансплантация, с цел да възроди или възстанови повреден орган или тъкан. Процедурата има намалена вероятност от отхвърляне защото се използват собствените клетки на индивида. Например, стволовите клетки (stem cells), които са диферинцирани (специализирани) в неврони, могат да намерят приложение при хора страдащи от парализа, с цел да възстановят възможността им за движение; или в случаи на сърдечен удар, мускулни клетки могат да бъдат използвани за да подмладят сърдечните мускули (cardiac muscles). В допълнение, в бъдеще може да се очаква развитие на стволовите клетки (stem cells) в такива размери, че да се има възможността да се отгледат цели органи или тъкани ин витро (in vitro) за даден индивид (организъм). Проучването на стволовите клетки (stem cells) може накрая да смеси генната терапия с генното инжинерство, за да създаде здрави стволови клетки (stem cells), които да бъдат използвани за създаване на здрави органи и тъкани.
Основно изискване на генната терапия е генно разкодиране (идентификация) на заболяването. Това може да бъде изпълнено с ефектна скорост с информацията от Проекта Човешки Геном. Научни списания са обявили, откритието на гените отговорни за няколко медицински състояния, от заболяването на Алцхаймер (Alzheimer) до плешивината. Познанието на гените, които са като отлечителни черти, дава недвусмислена диагноза на заболяването на пациента, една съществена стъпка преди лечението може да бъде генетичния тест за идентифициране (откриване) на дефектните гени.
Най -сложната фаза в генната терапия е развитието на механизмите за предаване на терапевтичните гени в точно определен орган по контролиран и ефективен начин. Тази стъпка се развива по-бавно и е ограничаващият фактор за генната терапия.
GENETIC DEFECTS………. Генетични дефекти………..
Всеки човек носи както нормални така и някои дефектни гени. Обикновено, индивидът не знае за присъствието на дефектен ген докато заболяването, което е свързано с гена, не се изяви в него или нея или в роднина. Повече от 4, 000 медицински състояния са причинени от дефектни гени, всеки от които е свързан с различна степен на сериозност. Около 10 процента от човешкото население рано или късно развива заболяване в следствие на генна промяна. Въпреки че гените са отговорни за предразположеността към някоя болест, но и околната среда, диета и начина на живот също биха могли да отключат някоя болест.
Пример за наследствена (генетична) болест е цистичната фиброза (cystic fibrosis), която става често ясна през първите години от живота на детето носещо дефектен ген. Мутиралия ген причинява развитието на кистите и фиброза на тъканта (fibrous tissue) в панкреаса на пациента и продукцията на плътна, слизестта течност в белия дроб. Слузта прави дишането много трудно и в много случаи е фатално. Усреднено, в Западните страни, близо 1 дете на 2, 500 има заболяването. Ако детето получи два дефектни рецесивни алела на гена наречен CF (от всеки родител) , той или тя ще развие заболяването. Пациенти с цистична фиброза (cystic fibrosis) могат да намалят симптомите на заболяването с наркотици (опиати), които са разработени, чрез генетично инжинерство. Лечение на цистичната фиброза (cystic fibrosis) може да дойде чрез генната терапия. Една възможност е генетично проектиран вирус, който транспортирайки корегиран ген, който след като е представен в клетките в белия дроб на пациента ще даде възможност на белодробните клетки да произведат протеин, който ще елиминира слузта.
Повечето хора са без изразени наследствени болести, защото в повечето случаи те ги носят само на едно копие на дефектния ген CF . Тъй като повечето от дефектните гени са рецесивни, повечето хора нямат заболяването. Това е причината за по-голямото отражение на наследствените болести при деца от близскородствени връзки.
Ако дефектният ген, обаче, е бил доминиращ , заболяването е изразно във всеки, които носи дефектния ген. Заболяването на Хънтингтън (Huntington’s Disease), разстройство на нервната система, която обикновено се среща след 45 годишна възраст, е пример за наследствена болест, която е причинена от доминантен ген.
Притежаването на дефектен ген не прави развитието на заболяването несъмнено. Освен това големият ефект на генетиката, околната среда, е също така важен фактор за началото на много болести. Такива заболявания като сърдечносъдовите заболявания, наистина имат генетичен компонент, но са до голяма степен зависими от диетата и начина на живот. Някои генетични заболявания имат също така и ползи. Класически пример на наследствена болест, който има ползотворен ефект за оцеляването на човек, е сърповидно-клетъчната анемия (sickle cell anemia). Съществува в човешката популацията един дефектен β-хемоглобин (β-hemoglobin) ген и индивиди, носещи две копия, на дефектния ген развиват сърповидно-клетъчната анемия, проблем с кръвта причинен от дефектен хемоглобин и причинява деформирани червени кръвни клетки. Генетичната мутацията при дефектния алел на това заболяване е единствена промяна на нуклеотид, от A при норманите гени в T при мутиралия. Тази единствена генна мутация причинява мутанта β-hemoglobin, който превръща амино оксида валин в глутамин.
Table 7-1
Медицински състояния, заради които е изучавана генната терапия
ADA deficiency Hemophilia
AIDS Liver cancer
Asthma Lung cancer
Brain cancer Melanoma
Breast cancer Muscular dystrophy
Colon cancer Neurodegenerative conditions
Diabetes Ovarian cancer
Heart diseases Prostate cancer
Мутиралия β-хемоглобинът има по-малко афинитет при кислород, ставайки лош кислород-транспортьор в кръвта. Както и да е, хората носещи едно единствено копие на дефектият алел нямат заболяването, и те са също така устойчиви към малария. Има очевидно преимущество при хората носещи един единствен алел на дефектния ген на хемоглобин, особено в райони където маларията е ендемична, както е в тропически райони на Африка.
Първият случай на генна терапия беше през 1990, в NIH в Бетеста (Bethesda), Мериленд (Maryland). В този случай, четири-годишен пациент със сериозна имунна недостатъчност (недостиг на ензима аденозиндиаминаза (adenosine deaminase enzyme) [ADA] или т. нар. заболяване момче в балон (bubble-boy disease)), получи преливане на бели кръвни клетки, които са били генетично променени за да съдържат гена, който липсва в неговия геном. Оттогава, генната терапия е била изучена и тествана експериментално за няколко медицински състояния.
Заболяванията, които са причинени от отсъствието на ензим, или присъствието на неактивен ензим са потенциални цели за генната терапия. Цистичната фиброза (сystic fibrosis), недостиг на ADA, и много други наследствени болести са между кандидатите за генната терапия. Таблица 7-1 показва други заболявания, за които генната терапия е обмислена.
VECTORS FOR GENE THERAPY…………………Вектори за генната терапия………………………
Подходящи методи, които ще предоставят използването на ДНК в генната терапия, са жизненоважни, както прицелните тъкани трябва правилно да получат подходящите гени. Генната терапията може да използва голо ДНК, което е предоставено направо в прицелните клетки. Както и да е, тази процедура да се вмъкнат молекулите на изолирано ДНК има много ниска ефективност. За да се увеличи ефективността на ДНК в прицелните клетки, специални вектори бяха проектирани за геннен трансфер. Векторите са плазмиди или вируси, които са използвани за да преместят рекомбинантната ДНК от една клетка в друга. Ретровируса е специален клас от РНК вируси, които могат да вмъкнат своята нуклеотидна киселина в клетки домакини. Вирусите притежават ген за продукцията на обратно транскриптаза (reverse transcriptase), ензим, който преписва РНК в ДНК-то на клетката домакин. Аденовирус (аdenovirus), ретротранспозьори (retrotransposons), и липозоми (liposomes) са други вектори използвани за генен трансфер при генната терапия. Те са напълно способни да прехвърлят и интегрират гени в нови клетки. Ретровирусите, които се използват в генната терапия, са проектирани така, че всички гени, които са вредни на човек, да бъдат премахнати. Корегираните гени тогава са прибавени за да заменят премахнатите гени, и новият, променен ретровирус тогава е поставен в пациента.
Едно от предизвикателствата за векторите е да оцелеят в имунната системата на пациента така, че те да могат да прехвърлят корегираните гени от техния геном в клетките на пациента. Като цяло, имунната система на човешкото тяло съдържа молекули, които обездвижват вирусни или други микроорганизми, които могат да заразят организма. Вируси, които успеят да избегнат имунната система на човек, трябва да проникнат в клетъчната мембрана, една допълнителна бариера при инфекция. Накрая, заразения ретровирус трябва да интегрира своя геном с този на домакина, по този начин да внесе корегираните гени в генома на заразената клетка. Тази интеграция става по случаен начин. Това трябва да стане в област на ДНК, където не е съществено за домакинския геном, или има риск от допълнителни усложнения. В допълнение, представеният ген трябва да бъде преписан и изявен за продукция на правелния ензим. Целия процес се извършва на молекулярно ниво, което усложнява допълнително процедурата.
Друга обещаваща стратегия, която е била използвана за въведението на терапевтичните гени, при лечение на рак на белия дроб, е директната инжекция на корегираните гени в прицелната област. Използвайки тази стратегия, учени са инжектирали наркотик, съдържащ нормална версия на ген p53, който потиска растежа на туморните клетки, направо в тумора на пациента. Тази техника заобикаля реакцията на имунната система на човек срещу нахлуващия вектор, проблем който е свързан често с генната терапия. Много учени смятат, че с развиването на генната терапията, ще бъде възможно в близкото бъдеще да се въвеждат гени в пациенти чрез мускулни инжекции (intramuscular injection), особено в случаи като анемия, хемофилия, диабет и други заболявания, които свързани с кръвоносната система.
GENE THERAPY RISKS…………Рискове при генната терапия
Първата смърт, която е свързана с генната терапия, стана на 18-и септември, 1999-та, в Пенсилванския Университет (University of Pennsylvania). Джеси Гелсингър (Jesse Gelsinger) участваше в клиничен опит, биомедицински експеримент за оценяване на безопасността и ефективността на терапията при дадено заболяване. Гелсингър, който беше на 18 години по време на разработката, имаше недостиг на орнитинтранскарбомилаза (ornithine transcarboamylase), един важен ензим в метаболизма на амоняк. Пациенти с този рядък метаболичен проблем трябва да поддържат ниска протеинова диета и да вземат серия лекарства за да избегнат отравяне от амоняк в потока на кръвта. Генната терапия, под която Гелсингър се подложи, активира верижна реакция в неговата имунна система, което доведе до чернодробен и дихателен недостиг, и съответно до неговата смърт, четири дена по-късно.
След смъртта на Гелсингър, Университета в Пенсилвания е проучил всички процедури, които бяха включили във векторното проектиране, и ръководството на терапията. Никакъв недостатък не беше открит, който да обясни такава реакция на неговата имунна система. След това, общността и FDA, агенцията, отговорна за надзор (контрол) на клинични случаи в Съединените Щати, беше по-скептична и несигурна за това дали текущата наука е била достатъчно за да оправдае по – нататъшно проучване с хора. Провдоподобността на генната терапия беше накърнена сериозно, довеждайки до мораториум (възбрана) върху клиничните случаи.
Друго предизвикателство на генната терапията е краткотрайните ползи за пациентите. Това е било открито в няколко клинични случая с пациенти с цистична фиброза (cystic fibrosis) и недостиг на ADA, чието лечение избледня след няколко месеца на терапия, и беше последвано от връщане на симптомите на заболяването. Възможно обяснение за това е, че генетично променените соматични клетки (виж фигура 7-1) намаляха количествено. Защото те са вече диференцирани и притежават само ограничена способност за размножаване, така че когато те изчезнат манипулирания орган отново развива заболяването.
DNA VACCINES……………ДНК ваксини……………………………….
Вариация на генната терапия със соматични клетки е въвеждането на гените (голото ДНК), с цел да се спре имунната система да произвежда антитела за определени заразни заболявания, рак, или някакви автоимунни заболявания. Затова, целта не е поправка на дефектен ген в генома на индивида. Тези гени могат да бъдат представени чрез мускулни инжекции (intramuscular injections), инхалация, или устна консумация. Клетки, които вземат гена в техния геном, могат да експресират протеина, който стимулира човешката имунна система да действа срещу заболявания.
Най-голямото предизвикателство в тази процедура е преходния ефект на генната експресия, защото променените клетки могат да се делят само ограничен брой пъти преди да умрат. Друго предизвикателство е ниската ефективност при обединяването и експресията на гените в прицелните клетки. Въпреки че в някакви случаи временната генна експресия е достатъчна за да активира ефективно имунния отговор, повечето случаи имат нужда от по-трайно експресиране на гените.
GERM-LINE CELL THERAPY…………………………………………………………………………..
Главните предимства на Germ-line cell therapy са както следва:
1. Предлага възможност за истинки лек за няколко заболявания и не е само временно решение.
2. Възможно е да е единственото лечение за някои генетични заболявания.
3. Ползата ще се предаде в няколко поколения, защото генетичните дефекти са елеминирани от генома на индивида и следователно ползата ще се пренесе в негово или нейното поколение.
Някои аргументи представени срущу Germ-line cell therapy са както следва:
1. Включва много стъпки, които са малко познати и дълготрайните резултати не могат да бъдат оценени.
2 . Би отворило вратата за генетичните промени в черти на човек с дълбоки социални и етически последствия.
3 . Много е скъпо и не би помогнало на обикновения гражданин.
4. Продължаването на лечението за потомството на даден индивид би могло да бъде възможно само ако дефектният ген е директно променен, но вероятно не ако нов ген бъде прибавен към друга част на генома.
STEM CELL THERAPY……………… Терапия със стволови клетки………………
Терапията със стволови клетки или терапевтично клониране не е свързана с генната терапия сама по себе си. Както и да е, в бъдещето то може да бъде използвано, обединено с генната терапия за регенериране на тъкан и органи след като те са били третирани с корегирани гени. Визуално, стволовите клетки не са различими от някои други клетки на човешкото тяло. Под общ микроскоп (увеличение 20-40 пъти ), тези клетки могат да бъдат открити използвайки специални бои. Визуално няма никаква значителна разлика в такава клетки. Истинските различия съществуват на ДНК ниво, където генната експресия е поправим в сигнали, влияейки на протеиновата експресия. Клетките могат да се диференцират във всеки от 220 вида на клетки на човешкото тяло (т . е . , бъбречна, сърцева, черенодробна, кожа, или ретина ), феномен наречен pluripotency. При раждане, стволовите клетки могат да бъдат събрани от костния мозък (bone marrow), мазната тъкан на индивид, и пъпната връв (umbilical cord). Зародишни стволови клетки се събрат при зародиши до няколко дена след оплождане.
Друга характеристика на стволовите клетки (stem cells) е тяхната способност да растат неограничено. Докато клетките на останала група имат биологично програмиран лимит на деления, преди умират, стволовите клетки могат да бъдат поддържани неограничено в хранителни среди.
Терапията със стволови клетки предоставя надежда за лечение за пациенти с неизлечими болести като Паркинсон (Parkinson’s disease) и Алцхаймер (Alzheimer’s disease), и също така за хора, които страдат от парализа, от травми на гръбначен мозък.
Отначало, някои опоненти размишляваха, че стволовите клетки ще бъдат използвани за оранжерии, в които да се отглеждат органи като черни дробове, сърца, и почти която и да е друга част на тялото. Както и да е, повечето органи притежават сложни конструкции с канали и клапани, правейки ги невъзможни за произвеждане извън организма. Стволовите клетки отвориха нова възможност за лечение на заболявания. Например, инжекцията със стволови клетки в черния дроб на пациент с цироза или хепатит може да доведе до нова тъкан, способна да възвърне отново неговото предишно състояние. Терапията със стволови клетки има също така голям потенциал за лекуване на ревматизъм и някои сърдечни заболявания. Скорошното проучване установи, че наранени гръбнаци на мишки, които страдат от парализа, бяха способни да движат краката си след инжекция със стволови клетки.
Някои хора смятат, че ако стволовите клетки на човек са толкова променливи, колкото тези на мишките, то те може да бъдат дългото търсени като фонтана на младостта. Комбинацията на стволови клетки с генната терапията може да позволи построяването отново на нови части на тялото, за замяна на стари и дефектни. Точно сега, различни процедури са тествани за лекуване на недостиг на ADA. Терапиите със соматични клетки имат ограничението на преживяване на само няколко месеца, което изисква подред многократни повторения. В употребата на стволови клетки за възстановяването на здравите клетки на костния мозък, постоянно излекуване е очаквано както здравата клетка има способността за нарастване и се дели продължително.
Зародишни стволови клетки, от зародишите, на близо четири дена, са били в същината на разгорещено разискване поради етически въпроси. Основното несъгласие е това дали четиридневен зародиш е вече човешки живот или не. Кога зародиш или ембрион ще достигнат статуса на живота? Тези, които поддържат употребата на зародишните стволови клетки, щяха да кажат, че човешкият живот не започва до 14-ия ден след оплождането, докато опонентът ще противоречи и ще каже, че този живот започва при концепция ( т. е., при момента на оплождането на яйцеклетка от сперматозоида ). За много, унищожаването на зародиши с целта да се третира друг човек е погрешен. Напоследък , в Съединените Щати, Администрацията на Буш разшири определението за дете, подходящо, за обхвата на «Програмата за здравна застраховка на децата» при класифициране на развиващ се ембрион като неродено дете. Много активисти спорят, че предложението на Администрацията на Буш демонстрира неговия ангажимент към стратегията да подкопае правото на жената да избере аборт като приписват законни права на зародиши. Този въпрос е обсъден още в глава 14, “Bioethics”.
FINAL CONSIDERATIONS……………. Заключителни мисли…………….
Въпреки че идеята за генната терапия е била наоколо в продължение на само 20 години, техниката е рисувала много занимание и любопитство през света. Първите процеси създадоха големи очаквания в научната общност. Въпреки че имаше няколко разочарования, много смятат, че е само въпрос на време преди техническите и научни детайли да бъдат овладяни и процедурите да станат рутинни. Това проучване е зряло в световен мащаб. Всъщност, Aлайн Фишер (Alain Fischer), медицински доктор в Париж, Франция, описа цялостното състояние (лечение) на две деца, които имаха рядко състояние на недостиг на имунитет.
Друго, което обещава резултат от проучването със стволови клетки, е било обявено за пациенти с хемофилия тип B в детската болница във Филаделфия и в Станфортския университет, където пациенти третирани с генна терапия, представиха намаление периода за съсирване. Недостигът на ADA, заболяване, което е причинено от дефектен ген на ензима за ADA,, представен при хромозома 20 е била център за генната терапия на много институции. В един от случаите, няколко пациенти лекувани със корегиран ген бяха способни да преобразуват тяхната имунна система и да живеят нормален живот извън изолираните мехури, които са необходими за да се поддържа околната среда свободна от микробите. Пациентите започнаха да създават коректен ензим на ADA след като се подложиха генната терапия.
Възможната употреба на тази терапия за лекуването на друго по-усложнено заболяване, като ракови и коронарни заболявания, също така изглеждат обещаващи , генната терапия е още в неговото ранно детство , но с времето ще съзрява и ще стане ефективна разработка за лечение на безброй наследствени болести, които засягат човечество.
Intidar 
Генната терапия
Germ-line cell therapy включва въвеждането на корегираните гени в репродуктивни клетки (сперматозоидите и яйцеклетките) или зиготи, с цел да създаде благотворна генетична промяна, която да се предаде на потомството, когато гените са представени в репродуктивните клетки, наследяващите клетки могат да наследят и гените.
Генната терапия със соматични клетки, тази, която не е свъзана пряко с репродукция, довежда до промени, които не са предадени в потомство. Пример на генната терапия със соматични клетки е въвеждането на гени в орган или тъкан, които допринасят за производството на ензим. Това изменение не засяга генетичния състав на индивида като цяло и не е предадено в неговите потомъци. При генната терапия със соматични клетки, нефункциониращ орган може да подобри способността си да функционира нормално. Тази технология има много приложения за подобряване на човешкото здраве. Един вариант на генната терапия със соматични клетки са ДНК ваксините, които позволяват на клетки от имунната система да се борят със сигурни болести по метод познат от досегашните ваксини.
Терапията със стволови клетки включва използването на т. нар. pluripotent cells, или клетките, които могат да се диференцират, в който и да е друг вид клетка. Стволовите клетки (Stem cells) са открити при разработване (изследване) на зародиши и в някои тъкани на възрастни индивиди. Тази терапия е подобна на общоприетата трансплантация, с цел да възроди или възстанови повреден орган или тъкан. Процедурата има намалена вероятност от отхвърляне защото се използват собствените клетки на индивида. Например, стволовите клетки (stem cells), които са диферинцирани (специализирани) в неврони, могат да намерят приложение при хора страдащи от парализа, с цел да възстановят възможността им за движение; или в случаи на сърдечен удар, мускулни клетки могат да бъдат използвани за да подмладят сърдечните мускули (cardiac muscles). В допълнение, в бъдеще може да се очаква развитие на стволовите клетки (stem cells) в такива размери, че да се има възможността да се отгледат цели органи или тъкани ин витро (in vitro) за даден индивид (организъм). Проучването на стволовите клетки (stem cells) може накрая да смеси генната терапия с генното инжинерство, за да създаде здрави стволови клетки (stem cells), които да бъдат използвани за създаване на здрави органи и тъкани.
Основно изискване на генната терапия е генно разкодиране (идентификация) на заболяването. Това може да бъде изпълнено с ефектна скорост с информацията от Проекта Човешки Геном. Научни списания са обявили, откритието на гените отговорни за няколко медицински състояния, от заболяването на Алцхаймер (Alzheimer) до плешивината. Познанието на гените, които са като отлечителни черти, дава недвусмислена диагноза на заболяването на пациента, една съществена стъпка преди лечението може да бъде генетичния тест за идентифициране (откриване) на дефектните гени.
Най -сложната фаза в генната терапия е развитието на механизмите за предаване на терапевтичните гени в точно определен орган по контролиран и ефективен начин. Тази стъпка се развива по-бавно и е ограничаващият фактор за генната терапия.
GENETIC DEFECTS………. Генетични дефекти………..
Всеки човек носи както нормални така и някои дефектни гени. Обикновено, индивидът не знае за присъствието на дефектен ген докато заболяването, което е свързано с гена, не се изяви в него или нея или в роднина. Повече от 4, 000 медицински състояния са причинени от дефектни гени, всеки от които е свързан с различна степен на сериозност. Около 10 процента от човешкото население рано или късно развива заболяване в следствие на генна промяна. Въпреки че гените са отговорни за предразположеността към някоя болест, но и околната среда, диета и начина на живот също биха могли да отключат някоя болест.
Пример за наследствена (генетична) болест е цистичната фиброза (cystic fibrosis), която става често ясна през първите години от живота на детето носещо дефектен ген. Мутиралия ген причинява развитието на кистите и фиброза на тъканта (fibrous tissue) в панкреаса на пациента и продукцията на плътна, слизестта течност в белия дроб. Слузта прави дишането много трудно и в много случаи е фатално. Усреднено, в Западните страни, близо 1 дете на 2, 500 има заболяването. Ако детето получи два дефектни рецесивни алела на гена наречен CF (от всеки родител) , той или тя ще развие заболяването. Пациенти с цистична фиброза (cystic fibrosis) могат да намалят симптомите на заболяването с наркотици (опиати), които са разработени, чрез генетично инжинерство. Лечение на цистичната фиброза (cystic fibrosis) може да дойде чрез генната терапия. Една възможност е генетично проектиран вирус, който транспортирайки корегиран ген, който след като е представен в клетките в белия дроб на пациента ще даде възможност на белодробните клетки да произведат протеин, който ще елиминира слузта.
Повечето хора са без изразени наследствени болести, защото в повечето случаи те ги носят само на едно копие на дефектния ген CF . Тъй като повечето от дефектните гени са рецесивни, повечето хора нямат заболяването. Това е причината за по-голямото отражение на наследствените болести при деца от близскородствени връзки.
Ако дефектният ген, обаче, е бил доминиращ , заболяването е изразно във всеки, които носи дефектния ген. Заболяването на Хънтингтън (Huntington’s Disease), разстройство на нервната система, която обикновено се среща след 45 годишна възраст, е пример за наследствена болест, която е причинена от доминантен ген.
Притежаването на дефектен ген не прави развитието на заболяването несъмнено. Освен това големият ефект на генетиката, околната среда, е също така важен фактор за началото на много болести. Такива заболявания като сърдечносъдовите заболявания, наистина имат генетичен компонент, но са до голяма степен зависими от диетата и начина на живот. Някои генетични заболявания имат също така и ползи. Класически пример на наследствена болест, който има ползотворен ефект за оцеляването на човек, е сърповидно-клетъчната анемия (sickle cell anemia). Съществува в човешката популацията един дефектен β-хемоглобин (β-hemoglobin) ген и индивиди, носещи две копия, на дефектния ген развиват сърповидно-клетъчната анемия, проблем с кръвта причинен от дефектен хемоглобин и причинява деформирани червени кръвни клетки. Генетичната мутацията при дефектния алел на това заболяване е единствена промяна на нуклеотид, от A при норманите гени в T при мутиралия. Тази единствена генна мутация причинява мутанта β-hemoglobin, който превръща амино оксида валин в глутамин.
Table 7-1
Медицински състояния, заради които е изучавана генната терапия
ADA deficiency Hemophilia
AIDS Liver cancer
Asthma Lung cancer
Brain cancer Melanoma
Breast cancer Muscular dystrophy
Colon cancer Neurodegenerative conditions
Diabetes Ovarian cancer
Heart diseases Prostate cancer
Мутиралия β-хемоглобинът има по-малко афинитет при кислород, ставайки лош кислород-транспортьор в кръвта. Както и да е, хората носещи едно единствено копие на дефектият алел нямат заболяването, и те са също така устойчиви към малария. Има очевидно преимущество при хората носещи един единствен алел на дефектния ген на хемоглобин, особено в райони където маларията е ендемична, както е в тропически райони на Африка.
Първият случай на генна терапия беше през 1990, в NIH в Бетеста (Bethesda), Мериленд (Maryland). В този случай, четири-годишен пациент със сериозна имунна недостатъчност (недостиг на ензима аденозиндиаминаза (adenosine deaminase enzyme) [ADA] или т. нар. заболяване момче в балон (bubble-boy disease)), получи преливане на бели кръвни клетки, които са били генетично променени за да съдържат гена, който липсва в неговия геном. Оттогава, генната терапия е била изучена и тествана експериментално за няколко медицински състояния.
Заболяванията, които са причинени от отсъствието на ензим, или присъствието на неактивен ензим са потенциални цели за генната терапия. Цистичната фиброза (сystic fibrosis), недостиг на ADA, и много други наследствени болести са между кандидатите за генната терапия. Таблица 7-1 показва други заболявания, за които генната терапия е обмислена.
VECTORS FOR GENE THERAPY…………………Вектори за генната терапия………………………
Подходящи методи, които ще предоставят използването на ДНК в генната терапия, са жизненоважни, както прицелните тъкани трябва правилно да получат подходящите гени. Генната терапията може да използва голо ДНК, което е предоставено направо в прицелните клетки. Както и да е, тази процедура да се вмъкнат молекулите на изолирано ДНК има много ниска ефективност. За да се увеличи ефективността на ДНК в прицелните клетки, специални вектори бяха проектирани за геннен трансфер. Векторите са плазмиди или вируси, които са използвани за да преместят рекомбинантната ДНК от една клетка в друга. Ретровируса е специален клас от РНК вируси, които могат да вмъкнат своята нуклеотидна киселина в клетки домакини. Вирусите притежават ген за продукцията на обратно транскриптаза (reverse transcriptase), ензим, който преписва РНК в ДНК-то на клетката домакин. Аденовирус (аdenovirus), ретротранспозьори (retrotransposons), и липозоми (liposomes) са други вектори използвани за генен трансфер при генната терапия. Те са напълно способни да прехвърлят и интегрират гени в нови клетки. Ретровирусите, които се използват в генната терапия, са проектирани така, че всички гени, които са вредни на човек, да бъдат премахнати. Корегираните гени тогава са прибавени за да заменят премахнатите гени, и новият, променен ретровирус тогава е поставен в пациента.
Едно от предизвикателствата за векторите е да оцелеят в имунната системата на пациента така, че те да могат да прехвърлят корегираните гени от техния геном в клетките на пациента. Като цяло, имунната система на човешкото тяло съдържа молекули, които обездвижват вирусни или други микроорганизми, които могат да заразят организма. Вируси, които успеят да избегнат имунната система на човек, трябва да проникнат в клетъчната мембрана, една допълнителна бариера при инфекция. Накрая, заразения ретровирус трябва да интегрира своя геном с този на домакина, по този начин да внесе корегираните гени в генома на заразената клетка. Тази интеграция става по случаен начин. Това трябва да стане в област на ДНК, където не е съществено за домакинския геном, или има риск от допълнителни усложнения. В допълнение, представеният ген трябва да бъде преписан и изявен за продукция на правелния ензим. Целия процес се извършва на молекулярно ниво, което усложнява допълнително процедурата.
Друга обещаваща стратегия, която е била използвана за въведението на терапевтичните гени, при лечение на рак на белия дроб, е директната инжекция на корегираните гени в прицелната област. Използвайки тази стратегия, учени са инжектирали наркотик, съдържащ нормална версия на ген p53, който потиска растежа на туморните клетки, направо в тумора на пациента. Тази техника заобикаля реакцията на имунната система на човек срещу нахлуващия вектор, проблем който е свързан често с генната терапия. Много учени смятат, че с развиването на генната терапията, ще бъде възможно в близкото бъдеще да се въвеждат гени в пациенти чрез мускулни инжекции (intramuscular injection), особено в случаи като анемия, хемофилия, диабет и други заболявания, които свързани с кръвоносната система.
GENE THERAPY RISKS…………Рискове при генната терапия
Първата смърт, която е свързана с генната терапия, стана на 18-и септември, 1999-та, в Пенсилванския Университет (University of Pennsylvania). Джеси Гелсингър (Jesse Gelsinger) участваше в клиничен опит, биомедицински експеримент за оценяване на безопасността и ефективността на терапията при дадено заболяване. Гелсингър, който беше на 18 години по време на разработката, имаше недостиг на орнитинтранскарбомилаза (ornithine transcarboamylase), един важен ензим в метаболизма на амоняк. Пациенти с този рядък метаболичен проблем трябва да поддържат ниска протеинова диета и да вземат серия лекарства за да избегнат отравяне от амоняк в потока на кръвта. Генната терапия, под която Гелсингър се подложи, активира верижна реакция в неговата имунна система, което доведе до чернодробен и дихателен недостиг, и съответно до неговата смърт, четири дена по-късно.
След смъртта на Гелсингър, Университета в Пенсилвания е проучил всички процедури, които бяха включили във векторното проектиране, и ръководството на терапията. Никакъв недостатък не беше открит, който да обясни такава реакция на неговата имунна система. След това, общността и FDA, агенцията, отговорна за надзор (контрол) на клинични случаи в Съединените Щати, беше по-скептична и несигурна за това дали текущата наука е била достатъчно за да оправдае по – нататъшно проучване с хора. Провдоподобността на генната терапия беше накърнена сериозно, довеждайки до мораториум (възбрана) върху клиничните случаи.
Друго предизвикателство на генната терапията е краткотрайните ползи за пациентите. Това е било открито в няколко клинични случая с пациенти с цистична фиброза (cystic fibrosis) и недостиг на ADA, чието лечение избледня след няколко месеца на терапия, и беше последвано от връщане на симптомите на заболяването. Възможно обяснение за това е, че генетично променените соматични клетки (виж фигура 7-1) намаляха количествено. Защото те са вече диференцирани и притежават само ограничена способност за размножаване, така че когато те изчезнат манипулирания орган отново развива заболяването.
DNA VACCINES……………ДНК ваксини……………………………….
Вариация на генната терапия със соматични клетки е въвеждането на гените (голото ДНК), с цел да се спре имунната система да произвежда антитела за определени заразни заболявания, рак, или някакви автоимунни заболявания. Затова, целта не е поправка на дефектен ген в генома на индивида. Тези гени могат да бъдат представени чрез мускулни инжекции (intramuscular injections), инхалация, или устна консумация. Клетки, които вземат гена в техния геном, могат да експресират протеина, който стимулира човешката имунна система да действа срещу заболявания.
Най-голямото предизвикателство в тази процедура е преходния ефект на генната експресия, защото променените клетки могат да се делят само ограничен брой пъти преди да умрат. Друго предизвикателство е ниската ефективност при обединяването и експресията на гените в прицелните клетки. Въпреки че в някакви случаи временната генна експресия е достатъчна за да активира ефективно имунния отговор, повечето случаи имат нужда от по-трайно експресиране на гените.
GERM-LINE CELL THERAPY…………………………………………………………………………..
Главните предимства на Germ-line cell therapy са както следва:
1. Предлага възможност за истинки лек за няколко заболявания и не е само временно решение.
2. Възможно е да е единственото лечение за някои генетични заболявания.
3. Ползата ще се предаде в няколко поколения, защото генетичните дефекти са елеминирани от генома на индивида и следователно ползата ще се пренесе в негово или нейното поколение.
Някои аргументи представени срущу Germ-line cell therapy са както следва:
1. Включва много стъпки, които са малко познати и дълготрайните резултати не могат да бъдат оценени.
2 . Би отворило вратата за генетичните промени в черти на човек с дълбоки социални и етически последствия.
3 . Много е скъпо и не би помогнало на обикновения гражданин.
4. Продължаването на лечението за потомството на даден индивид би могло да бъде възможно само ако дефектният ген е директно променен, но вероятно не ако нов ген бъде прибавен към друга част на генома.
STEM CELL THERAPY……………… Терапия със стволови клетки………………
Терапията със стволови клетки или терапевтично клониране не е свързана с генната терапия сама по себе си. Както и да е, в бъдещето то може да бъде използвано, обединено с генната терапия за регенериране на тъкан и органи след като те са били третирани с корегирани гени. Визуално, стволовите клетки не са различими от някои други клетки на човешкото тяло. Под общ микроскоп (увеличение 20-40 пъти ), тези клетки могат да бъдат открити използвайки специални бои. Визуално няма никаква значителна разлика в такава клетки. Истинските различия съществуват на ДНК ниво, където генната експресия е поправим в сигнали, влияейки на протеиновата експресия. Клетките могат да се диференцират във всеки от 220 вида на клетки на човешкото тяло (т . е . , бъбречна, сърцева, черенодробна, кожа, или ретина ), феномен наречен pluripotency. При раждане, стволовите клетки могат да бъдат събрани от костния мозък (bone marrow), мазната тъкан на индивид, и пъпната връв (umbilical cord). Зародишни стволови клетки се събрат при зародиши до няколко дена след оплождане.
Друга характеристика на стволовите клетки (stem cells) е тяхната способност да растат неограничено. Докато клетките на останала група имат биологично програмиран лимит на деления, преди умират, стволовите клетки могат да бъдат поддържани неограничено в хранителни среди.
Терапията със стволови клетки предоставя надежда за лечение за пациенти с неизлечими болести като Паркинсон (Parkinson’s disease) и Алцхаймер (Alzheimer’s disease), и също така за хора, които страдат от парализа, от травми на гръбначен мозък.
Отначало, някои опоненти размишляваха, че стволовите клетки ще бъдат използвани за оранжерии, в които да се отглеждат органи като черни дробове, сърца, и почти която и да е друга част на тялото. Както и да е, повечето органи притежават сложни конструкции с канали и клапани, правейки ги невъзможни за произвеждане извън организма. Стволовите клетки отвориха нова възможност за лечение на заболявания. Например, инжекцията със стволови клетки в черния дроб на пациент с цироза или хепатит може да доведе до нова тъкан, способна да възвърне отново неговото предишно състояние. Терапията със стволови клетки има също така голям потенциал за лекуване на ревматизъм и някои сърдечни заболявания. Скорошното проучване установи, че наранени гръбнаци на мишки, които страдат от парализа, бяха способни да движат краката си след инжекция със стволови клетки.
Някои хора смятат, че ако стволовите клетки на човек са толкова променливи, колкото тези на мишките, то те може да бъдат дългото търсени като фонтана на младостта. Комбинацията на стволови клетки с генната терапията може да позволи построяването отново на нови части на тялото, за замяна на стари и дефектни. Точно сега, различни процедури са тествани за лекуване на недостиг на ADA. Терапиите със соматични клетки имат ограничението на преживяване на само няколко месеца, което изисква подред многократни повторения. В употребата на стволови клетки за възстановяването на здравите клетки на костния мозък, постоянно излекуване е очаквано както здравата клетка има способността за нарастване и се дели продължително.
Зародишни стволови клетки, от зародишите, на близо четири дена, са били в същината на разгорещено разискване поради етически въпроси. Основното несъгласие е това дали четиридневен зародиш е вече човешки живот или не. Кога зародиш или ембрион ще достигнат статуса на живота? Тези, които поддържат употребата на зародишните стволови клетки, щяха да кажат, че човешкият живот не започва до 14-ия ден след оплождането, докато опонентът ще противоречи и ще каже, че този живот започва при концепция ( т. е., при момента на оплождането на яйцеклетка от сперматозоида ). За много, унищожаването на зародиши с целта да се третира друг човек е погрешен. Напоследък , в Съединените Щати, Администрацията на Буш разшири определението за дете, подходящо, за обхвата на «Програмата за здравна застраховка на децата» при класифициране на развиващ се ембрион като неродено дете. Много активисти спорят, че предложението на Администрацията на Буш демонстрира неговия ангажимент към стратегията да подкопае правото на жената да избере аборт като приписват законни права на зародиши. Този въпрос е обсъден още в глава 14, “Bioethics”.
FINAL CONSIDERATIONS……………. Заключителни мисли…………….
Въпреки че идеята за генната терапия е била наоколо в продължение на само 20 години, техниката е рисувала много занимание и любопитство през света. Първите процеси създадоха големи очаквания в научната общност. Въпреки че имаше няколко разочарования, много смятат, че е само въпрос на време преди техническите и научни детайли да бъдат овладяни и процедурите да станат рутинни. Това проучване е зряло в световен мащаб. Всъщност, Aлайн Фишер (Alain Fischer), медицински доктор в Париж, Франция, описа цялостното състояние (лечение) на две деца, които имаха рядко състояние на недостиг на имунитет.
Друго, което обещава резултат от проучването със стволови клетки, е било обявено за пациенти с хемофилия тип B в детската болница във Филаделфия и в Станфортския университет, където пациенти третирани с генна терапия, представиха намаление периода за съсирване. Недостигът на ADA, заболяване, което е причинено от дефектен ген на ензима за ADA,, представен при хромозома 20 е била център за генната терапия на много институции. В един от случаите, няколко пациенти лекувани със корегиран ген бяха способни да преобразуват тяхната имунна система и да живеят нормален живот извън изолираните мехури, които са необходими за да се поддържа околната среда свободна от микробите. Пациентите започнаха да създават коректен ензим на ADA след като се подложиха генната терапия.
Възможната употреба на тази терапия за лекуването на друго по-усложнено заболяване, като ракови и коронарни заболявания, също така изглеждат обещаващи , генната терапия е още в неговото ранно детство , но с времето ще съзрява и ще стане ефективна разработка за лечение на безброй наследствени болести, които засягат човечество.
Превод: Mardinia