Ratunkiem dla ludzi dotkniętych chorobami genetycznymi jest terapia genowa. Polega ona na wprowadzeniu obcego kwasu nukleinowego do komórek chorego pacjenta w celach terapeutycznych.

Celem terapii genowej jest naprawienie bezpośredniej przyczyny choroby genetycznej poprzez:

• wprowadzenie nowego genu do organizmu, aby wspomóc go w walce z chorobą;

• wprowadzenie do komórek prawidłowej kopii genu, którego defekt wywołuje chorobę;

• dezaktywację genu, który działa nieprawidłowo;

• spowodowanie, że komórka przejdzie na drogę apoptozy (programowanej śmierci).

W przypadku choroby spowodowanej obecnością nieprawidłowego genu po jego dezaktywacji następuje wprowadzenie prawidłowej kopii genu do właściwych komórek chorego za pomocą wektorów. Najczęściej w terapii genowej wykorzystuje się wektory wirusowe. Wirus przenosi wprowadzoną uprzednio kopię genu do komórek docelowych, zawierających zmutowany gen. Wirusy, które stosuje się jako wektory, infekują wiele komórek, nie są jednak szkodliwe dla organizmu, ponieważ w wyniku modyfikacji genetycznych zostały pozbawione genów niebezpiecznych dla człowieka.

Wprowadzenie prawidłowej kopii genu do wnętrza organizmu chorego może się odbywać nie tylko za pomocą wirusów (retrowirusów, adenowirusów), ale również za pomocą systemów niewirusowych takich jak plazmidy lub DNA połączone z nośnikiem (np. lipidowym).

Terapię genową można przeprowadzać na dwa sposoby:

• ex vivoex vivoex vivo – sposób polegający na pobraniu komórek od pacjenta, wprowadzeniu do nich terapeutycznego kwasu nukleinowego i podaniu ich ponownie pacjentowi;

• in vivoin vivoin vivo – sposób polegający na wprowadzeniu nośnika kwasu nukleinowego bezpośrednio do organizmu pacjenta.

Więcej na temat tych metod przeczytasz w e‑materiale pt. Procedura terapii genowejDlvo6ZiG1Procedura terapii genowej.

Termin „terapia genowa” został wprowadzony w 1962 r. przez Wacława i Elizabeth Szybalskich, którzy po raz pierwszy przeprowadzili modyfikację genetyczną komórek eukariotycznych. Dzięki wykorzystaniu roztworu fosforanu wapnia udało im się wprowadzić fragmenty DNA do ludzkich komórek szpiku. Metodę tę po raz pierwszy zastosowano w leczeniu człowieka we wczesnych latach 90. XX w. w Stanach Zjednoczonych. Leczenie dotyczyło ciężkiego niedoboru odporności spowodowanego defektem w genie ADA i polegało na transferze prawidłowej wersji genu do limfocytów czteroletniej pacjentki.

Najczęstszą przyczyną chorób genetycznych są mutacje. W ich wyniku powstają nieprawidłowo działające białka bądź w ogóle nie dochodzi do ekspresji uszkodzonych genów, a to zaburza prawidłowe funkcjonowanie organizmu.

Choroby genetyczne mogą mieć podłoże jednogenowe lub wielogenowe. Jednak obecne badania naukowców skupiają się głównie wokół stosowania terapii genowych w chorobach genetycznych wywołanych mutacjami jednogenowymi.

Za pomocą terapii genowej można leczyć takie choroby jednogenowe, jak:

• mukowiscydoza;

• ciężki złożony niedobór odporności (zespół SCIDzespół SCIDzespół SCID);

• choroba Huntingtona;

• wrodzona ślepota Lebera;

• rodzinna hipercholesterolemia;

• rdzeniowy zanik mięśni u dzieci.

Mukowiscydoza

Terapia genowa jest stosowana m.in. w leczeniu mukowiscydozy. Mukowiscydoza, tj. zwłóknienie torbielowate, polega na defekcie genu CFTR, który odpowiada za zagęszczanie śluzu w gruczołach wydzielania zewnętrznego w drogach oddechowych, trzustce i nasieniowodach. Terapia genowa mukowiscydozy polega na zastosowaniu adenowirusów. Zrekombinowane wirusy podawane są w aerozolu, ponieważ niektóre z wirusowych cząstek są zdolne do infekcji komórek dróg oddechowych.

Wady terapii polegają na:

• reakcji immunologicznej przeciwko wirusom;

• istnieniu bariery śluzowej, która blokuje integrację wirusa z komórką docelową,

• braku integracji z komórkami gospodarza.

Alternatywą jest wprowadzenie genu CFTR przez liposomy. Gen trafia do niewielu komórek, ale za to jego działanie jest długoterminowe.

Zespół SCID

We Francji w 2000 r. przeprowadzono jedne z pierwszych prób wykorzystania terapii genowych w leczeniu dzieci cierpiących na ciężki złożony niedobór odporności (zespół SCID  – ang. severe combined immunodeficiency). W wyniku tej choroby komórki szpiku kostnego nie produkują enzymu istotnego dla prawidłowego namnażania i wzrastania limfocytów. Prowadzi to do zagrażającego życiu obniżenia odporności organizmu. W trakcie terapii u dziesięciorga dzieci wprowadzono do komórek szpiku prawidłową wersję genu, dzięki czemu komórki te zaczęły produkować aktywny enzym. Jako wektor wykorzystano w tym przypadku retrowirusyretrowirusyretrowirusy. W ciągu dwóch lat po przeprowadzeniu terapii genowej u dziewięciorga dzieci zaobserwowano znaczącą poprawę. Niestety po dłuższym czasie u trojga rozwinęła się białaczka, co prawdopodobnie było skutkiem zastosowania nieodpowiedniego wektora.

Choroba Huntingtona

Choroba Huntingtona (dawniej pląsawica Huntingtona) to śmiertelna choroba układu nerwowego dziedziczona w sposób autosomalny dominujący. Gen IT15 odpowiedzialny za wywoływanie schorzenia znajduje się na chromosomie 4. Koduje on wytwarzanie szkodliwego białka – huntingtyny, prowadzącego do powstawania zmian w mózgu objawiających się m.in.: zaburzeniami ruchowymi, poznawczymi, lękiem, apatią, obniżonym nastrojem, drażliwością, zachowaniami obsesyjno‑kompulsywnymi, bezsennością oraz wycofaniem społecznym. Przebieg choroby Huntingtona jest powolny, a objawy nasilają się stopniowo.

W Klinice Neurochirurgii i Urazów Układu Nerwowego CMKP w Szpitalu Bródnowskim, pod kierownictwem neurochirurga dr hab. n. med. Mirosława Ząbka (w marcu 2022 roku), zostały przeprowadzone pionierskie operacje pacjentów z chorobą Huntingtona. Ich celem było podanie chorym, za pomocą wektorów wirusowych, nieuszkodzonego genu mającego za zadanie zablokować wadliwie działający gen – IT15 (HTT) i zatrzymać produkcję huntingtyny, dając choremu szansę na zwolnienie przebiegu choroby albo jej zatrzymanie.

Wrodzona ślepota Lebera

Wrodzona ślepota Lebera to choroba siatkówki oka. Osoby nią dotknięte cierpią na ciężkie upośledzenie wzroku, którego pierwsze objawy występują już w wieku niemowlęcym. Chorzy wykonują mimowolne ruchy gałek ocznych, wykazują wysoką wrażliwość na światło, a także charakteryzują się ekstremalną dalekowzrocznością. Choroba ta może być spowodowana mutacjami w jednym z 25 opisanych dotąd genów. W ich wyniku fotoreceptory oka przestają reagować na światło, czego skutkiem jest stopniowa utrata wzroku.

Obecnie zadaniem terapii genowych jest leczenie pewnych wybranych uszkodzeń konkretnych genów. Ich działanie jest więc zawężone do małej grupy potencjalnych pacjentów, a przy tym bardzo kosztowne. Od niedawna istnieje możliwość leczenia wrodzonej ślepoty Lebera metodą terapii genowej u pacjentów z mutacjami w genie RPE65. Lek zarejestrowano w 2017 roku pod nazwą handlową Luxturna. Celem terapii genowej jest przywrócenie działania fotoreceptorów i zahamowanie ich utraty. Do siatkówki oka pacjenta za pośrednictwem rekombinowanego wektora (np. wirusowego) wprowadzany jest funkcjonalny gen RPE65. Prowadzone są również próby kliniczne w celu opracowania podobnej terapii w odniesieniu do innych genów. Ustalenie podłoża molekularnego choroby, czyli identyfikacja mutacji powodujących chorobę, może dać szansę na skuteczne leczenie pacjentów z wrodzoną ślepotą Lebera.

Rdzeniowy zanik mięśni u dzieci

Główną przyczyną rdzeniowego zaniku mięśni jest mutacja genu SMN1 znajdującego się w 5 chromosomie, który odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie neuronów ruchowych. Rdzeniowy zanik mięśni objawia się m.in.: osłabieniem mięśni szkieletowych, niedowładem ruchowym, zaburzeniami odżywiania oraz niewydolnością oddechową.

Terapia genowa polega na podawaniu chorym leków (Zolgensma) mających na celu podniesienie poziomu białka SMN w motoneuronach. Leki te zawierają adenowirusy z wbudowanymi sekwencjami DNA odpowiadającymi genowi SMN1. Po podaniu leku pacjentowi wirusy „infekują” komórki organizmu, a sekwencja DNA trafia do jądra komórkowego i rozpoczyna się tworzenie brakującego białka SMN. Większa ilość tego białka sprawia, że degeneracja motoneuronów zatrzymuje się i choroba przestaje postępować. Jeśli u chorego mięśnie nie uległy jeszcze zaawansowanemu zanikowi, to w połączeniu z właściwą fizjoterapią i wielospecjalistyczną opieką medyczną zastosowanie tej terapii może choremu przynieść znaczącą poprawę.

Dużą zaletą tego leku jest szybkie rozpoczęcie działania, ponieważ podnosi poziom białka SMN w ciągu kilkudziesięciu godzin od podania (ilość tego białka staje się porównywalna z ilością u osoby zdrowej). Z tego powodu jest on wyjątkowo skuteczny w leczeniu niemowląt i małych dzieci, u których objawy SMA jeszcze się nie pojawiły albo pojawiły się bardzo niedawno, a zapotrzebowanie na białko SMN jest najwyższe. Ze względu na to, że zapewnia trwałe efekty terapii (produkcja białka w odpowiedniej ilości jest stała), stosuje się go tylko raz (w przeciwieństwie do pozostałych leków, które należy przyjmować stale). Wadą leku Zolgensma jest ryzyko wystąpienia działań niepożądanych o różnym nasileniu (m.in. obniżonej odporności, uszkodzenia mięśnia sercowego, wątroby czy nerek), dlatego jego stosowanie jest ograniczone.

Rodzinna hipercholesterolemia

Hipercholesterolemia jest przykładem choroby uwarunkowanej genetycznie. Mutacja genu rLDL powoduje zbyt wysokie stężenie cholesterolu we krwi, co skutkuje rozwojem miażdżycy już w dzieciństwie i wczesnej śmierci w wyniku zawału serca. Dotychczas przeprowadzono jedną próbę wykorzystania terapii genowej w przypadku hipercholesterolemii. U pięciorga pacjentów wyizolowano fragment wątroby i in vitro wprowadzono do hepatocytów wektor z prawidłowym genem rLDL. U wszystkich osób zaobserwowano ekspresję genu rLDL i obniżenie stężenia cholesterolu we krwi.

Pomimo sukcesów terapia genowa wciąż niesie ze sobą pewne ryzyko. Materiał genetyczny wirusów wykorzystywanych w terapii łatwo ulega mutacjom, dlatego zmodyfikowany wirus może się stać niebezpieczny. Wprowadzone wirusy mogą także wywołać niepożądaną reakcję układu odpornościowego i w efekcie spowodować stan zapalny, a nawet niewydolność narządów. Ponadto w terapii tej nie jest możliwa kontrola miejsca wbudowania materiału genetycznego, co może skutkować zmianą innych istotnych funkcji komórki. Ograniczeniami terapii genowej są także jej wysokie koszty i niestety niska efektywność kliniczna – ocenia się, że tylko 1 na 10 podjętych prób leczenia przynosi rzeczywiste efekty terapeutyczne.

Istnieją realne szanse, że terapia genowa będzie wykorzystywana w leczeniu pacjentów nowotworowych. W tym wypadku nie jest konieczna długa ekspresja genu w komórkach, a główna wada większości wektorów – odpowiedź immunologiczna organizmu w stosunku do komórek nowotworowych – jest cechą oczekiwaną.

W dalszym ciągu dużym wyzwaniem pozostaje leczenie chorób genetycznych. Wymagają one wysokiego bezpieczeństwa stosowanych preparatów oraz długotrwałej ekspresji DNA terapeutycznego. W tym przypadku obiecujące jest wykorzystanie wektorów, które umożliwiają wprowadzenie genu w ściśle określone miejsce w genomie pacjenta.

Poradnictwo genetyczne polega na oszacowaniu prawdopodobieństwa pojawienia się choroby u osób obciążonych rodzinnie lub u potomstwa takich osób. Pomocą obejmowani są pacjenci chorujący na nowotwory, obciążeni chorobami genetycznymi lub mający wrodzone wady rozwojowe, a także ich rodziny. W ramach konsultacji sprawdzana jest rodzinna historia medyczna i dokumentacja medyczna oraz zlecane są odpowiednie badania genetyczne, których wyniki są następnie poddawane analizie.

R1NG86E9FSEvs

Na zdjęciu zobrazowany jest przegląd wyników badań chromosomów. Na niebieskiej tablicy widoczne jest 21 par chromosomów w postaci równoległych, nieregularnych linii zbliżonych kształtem do litery X. Pod numerem 15 widać trzy równoległe do siebie linie. W dolnym rogu znajduje się ludzka dłoń ze czarnym, cienkim, zaostrzonym na końcu wskaźnikiem, który dotyka tablicy.

Istnieją różne metody oceny ryzyka wystąpienia choroby genetycznej. Doradcy genetyczni mogą obliczyć prawdopodobieństwo przekazania potomstwu allelu odpowiedzialnego za chorobę, wykorzystując w tym celu genetykę mendlowską i rachunek prawdopodobieństwa. Przeprowadzane są również testy genetyczne, które pozwalają zidentyfikować allel warunkujący daną chorobę i ocenić jej nosicielstwo u osób niewykazujących objawów. Dzięki temu osoby, które okazują się nosicielami wadliwego allelu, mają możliwość świadomie zdecydować o przyszłym rodzicielstwie.

Osoby obciążone genetycznie, czyli osoby, u których w rodzinie odnotowano przypadki pojawienia się mutacji, są narażone na rozwinięcie się danego schorzenia w przyszłości, a także występuje u nich ryzyko przekazania wadliwych genów potomstwu. W związku z tym osoby takie powinny się udać do specjalistycznej placówki zajmującej się poradnictwem genetycznym. Dzięki ścisłej współpracy genetyków, cytogenetyków i biologów molekularnych w takich ośrodkach możliwe jest zdiagnozowanie wielu chorób, zwłaszcza występujących bardzo rzadko. Pamiętajmy jednak, że każdy lekarz ma podstawową wiedzę dotyczącą poradnictwa genetycznego. W prostszych przypadkach powinien udzielić porady, natomiast w trudniejszych – skierować pacjenta do odpowiedniej placówki.

Badania prenatalne wykonuje się w trakcie ciąży, aby ocenić stan zdrowia płodu. Umożliwiają one rozpoznanie wad wrodzonych oraz chorób genetycznych u dziecka już na początkowym etapie ciąży. W tym celu lekarz pobiera płyn owodniowy i na podstawie jego składu chemicznego oszacowuje prawdopodobieństwo wystąpienia niektórych chorób. Przeprowadzana jest również biopsja kosmówki, z której komórek izoluje się materiał genetyczny do przeprowadzenia badań. W dokładnej ocenie stanu rozwijającego się płodu i diagnostyce wad genetycznych pomocna jest także nowoczesna ultrasonografia.

Ponadto oszacowanie ryzyka niektórych chorób genetycznych umożliwiają nowoczesne testy polegające na analizie pobranej od matki krwi obwodowej, w której znajdują się śladowe ilości DNA płodu.

Słownik