Terapia genowa polega na wprowadzeniu do komórek człowieka odpowiednich kwasów nukleinowych w celu wywołania konkretnego efektu terapeutycznego. Uzyskuje się to przy użyciu specjalnych wektorów, którymi najczęściej są wirusy (adenowirusy, retrowirusy, lentiwirusy). Za pomocą terapii genowej naukowcy mają nadzieję zwalczyć choroby do tej pory uznawane za nieuleczalne, m.in. wrodzone choroby genetyczne. Przez wprowadzenie prawidłowej wersji genu do odpowiednich komórek prawdopodobnie uda się wyleczyć osoby chore na hemofilię, ciężkie niedobory immunologiczne czy chorobę Huntingtona.

– Terapia genowa ma największe szanse w chorobach, w których uszkodzone są pojedyncze geny m.in. kodujące czynniki krzepnięcia –stwierdza dr Piotr Szymczyk z Zakładu Biotechnologii Farmaceutycznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.

Choć terapia genowa wydaje się opierać na prostych zasadach, jej zastosowanie okazało się być o wiele trudniejsze. Doprowadzenie do stabilnej, długotrwałej ekspresji genów w odpowiednich komórkach bez wywołania działań niepożądanych są głównymi przeszkodami stojącymi na drodze wejścia terapii genowej do kanonu współczesnej medycyny.

Na całym świecie prowadzone są badania kliniczne testujące rozwiązania terapii genowej w chorobach genetycznych, nowotworowych, układu krążenia i neurodegeneracyjnych. Do czerwca 2012 r. przeprowadzono łącznie 1 843 testy kliniczne na ludziach w 31 krajach. Jak zatem wygląda obecny status terapii genowej?

Pierwsze sukcesy

W 2000 roku nadzieję badaczy rozbudziło doniesienie o pierwszym udanym wyleczeniu choroby genetycznej. Ciężki złożony niedobór immunologiczny sprzężony z chromosomem X jest schorzeniem polegającym na braku funkcjonalnych limfocytów T i komórek NK prowadzącym do zaawansowanego upośledzenia odporności. Jedynym ratunkiem dla pacjentów jest przeszczep szpiku kostnego. Terapia zastosowana przez badaczy polegała na wprowadzeniu genu kodującego podjednostkę gamma receptora dla interleukiny-2 do komórek hematopoetycznych chorych. Zabieg ten umożliwił długotrwałą remisję choroby u większości noworodków objawiającą się szybkim ustąpieniem ciężkich infekcji trapiących młodych pacjentów. Niestety, w kilka lat po przeprowadzeniu zabiegu u części chorych stwierdzono wystąpienie białaczki, co okazało się być bezpośrednim skutkiem wstawienia sekwencji wirusowych w nieodpowiednich częściach genomów. Niemniej, badanie to udowodniło, że terapia genowa może stanowić realną metodę leczenia ciężkich, nieuleczalnych schorzeń.

Nowe osiągnięcia: hemofilia i choroba Parkinsona

W ostatnich latach ukazało się sporo badań testujących terapię genową w innych jednostkach chorobowych. Przykładem jest hemofilia B – choroba genetyczna polegająca na niedoborze czynnika IX krzepnięcia krwi. Objawia się ona licznymi, częstymi krwawieniami i wymaga stałego egzogennego dostarczania brakującego białka do krwi chorych. Monogeniczne choroby takie jak hemofilia stanowią idealny cel terapii genowej, dlatego uczeni starali się uleczyć pacjentów poprzez dostarczenie prawidłowej formy genu kodującego czynnik IX za pomocą specjalnie spreparowanego wektora adenowirusowego. Wyniki tego badania były bardzo zachęcające. Uzyskano stabilną ekspresję czynnika IX na poziomie od 3 do 11 % normy, która wystarczyła aby złagodzić objawy choroby.

– Paradoksalnie te kilka procent, które wydawałoby się balansują na granicy błędu statystycznego, są wystarczające u ludzi całkowicie pozbawionych czynnika krzepnięcia krwi – komentuje dr Piotr Szymczyk.

 W ciągu kilku do kilkunastu miesięcy obserwacji u 4 z 6 pacjentów nie zaobserwowanego żadnych krwawień, a u pozostałych dwóch ograniczono potrzebę częstych profilaktycznych zastrzyków. Działania uboczne były bardzo lekkie . Dotyczyły głównie wzrostu poziomu enzymów wątrobowych.

Innym przykładem ostatniego postępu w dziedzinie terapii genowej jest próba poprawy stanu pacjentów z zaawansowanym stadium choroby Parkinsona. W niedawno ukończonym badaniu klinicznym z użyciem wektora lentiwirusowego starano się przywrócić właściwą produkcję dopaminy w określonych ośrodkach mózgowych (niedobór tego neuroprzekaźnika leży u podłoża choroby). Wektor zawierał trzy geny kodujące kluczowe dla syntezy dopaminy enzymy, które ulegając ekspresji w odpowiednich neuronach były w stanie naprawić biochemiczny defekt obecny u chorych na zespół Parkinsona.  W wyniku zastosowania nowatorskiej terapii 15 pacjentów doświadczyło znaczącej poprawy funkcji motorycznych przy minimalnych działaniach niepożądanych.  Chociaż naukowcy nie zaobserwowali całkowitej remisji choroby, próba ta stanowi solidną podstawę do prowadzenia dalszych badań.

Ciemna strona terapii genowej

Na sukcesy terapii genowej kładą jednak cień liczne niepowodzenia. Poza opisanymi wyżej przypadkami wystąpienia nowotworów krwi, największym ryzykiem tej formy leczenia są ciężkie reakcje immunologiczne. Są one szczególnie częste, gdy stosowane są wektory adenowirusowe, ponieważ znacząca część populacji ma skierowane przeciwko nim przeciwciała (adenowirusy to znane patogeny ludzkie, wywołują m.in przeziębienia).

We wrześniu 1999 r. 18-letni Jesse Gelsinger wziął udział w próbie klinicznej testującej terapię genową w chorobie genetycznej zwanej niedoborem karbamoilotransferazy ornitynowej. Enzym ten jest niezbędny człowiekowi do prawidłowego metabolizmu i wydalania azotu pochodzącego z rozkładu białek. Gromadzący się toksyczny amoniak powoduje postępujące uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego kończące się śpiączką. Przypadek Jessego był na tyle lekki, że objawy choroby mogły być kontrolowane dietą i lekami. W ramach badania otrzymał on najwyższą dawkę wektora wirusowego. Następnego ranka Jesse wykazywał objawy ciężkiego uszkodzenia wątroby oraz rozsianego wykrzepiania wewnątrznaczyniowego. W 4. dni po otrzymaniu nowego leku, mimo fachowej opieki medycznej, młody pacjent zmarł. Jego śmierć była bezpośrednim skutkiem masowej odpowiedzi układu immunologicznego na adenowirusowy wektor, który drogą krążenia dostał się do większości narządów wewnętrznych.

Co dalej?

Jak widać na przykładzie Jessego Gelsingera, badanie terapii genowej na obecnym etapie jest obarczone dużym ryzykiem m.in. z powodu braku specyficzności wielu stosowanych wektorów. Pokonanie bariery immunologicznej pacjenta i uzyskanie trwałego efektu terapeutycznego w odpowiednich tkankach docelowych to dwa warunki powszechnego wprowadzenia tej formy leczenia. Efekty te można by uzyskać m.in. przez specjalne zaprojektowanie wektorów  łączących się z receptorami określonych komórek. Naukowcy są już w stanie zmienić tropizm komórkowy wirusów za pomocą technik biologii molekularnej. Udało się na przykład zmodyfikować adenowirusy, aby infekowały one normalnie niedostępne dla nich komórki (linia CHOK1) albo żeby prowokowały słabszą odpowiedź immunologiczną u gospodarza.

Innym sposobem jest sprawienie, aby wirus selektywnie namnażał się w komórkach objętych chorobą. Tę metodę stosuje się między innymi w próbach dotyczących leczenia nowotworów. Na przykład usunięcie genu kinazy tymidynowej, enzymu koniecznego dla replikacji wirusa HSV-1 sprawia, że wektor ten musi polegać na komórkach, które wykazują wysoką ekspresję tego kluczowego białka. Podwyższone poziomy kinazy są obecne właśnie w komórkach nowotworowych, umożliwiając selektywne działanie.

Po ponad 20 latach badań terapia oparta na modyfikacji genów zaczyna odnosić pierwsze sukcesy. Naukowcom udało się już za jej pomocą znacznie poprawić stan kliniczny osób chorych na hemofilię czy chorobę Parkinsona. Czy w takim razie terapia genowa już wkrótce na dobre zagości w medycynie?

– Jeśli chodzi o zastosowania lecznicze na dużą skalę to, niestety, na razie nie ma na to szans – mówi z żalem dr Szymczyk. - Nie posiadamy jeszcze wystarczających danych, bo badania prowadzone są na 5 czy 10 pacjentach, czyli na bardzo małych grupach. Aby terapia genowa znalazła szerokie zastosowanie kliniczne należy najpierw przetestować ją na większej liczbie ludzi.

Pierwsze, na razie małe sukcesy mamy już za sobą. Kolejnym logicznym krokiem powinno być całkowite wyleczenie pacjentów z chorób, które dotychczas znajdowały się poza zasięgiem medycyny.