مثال هايي از بيماريهاي توارثي و اکتسابي پاسخگو به ژن درماني
دسامبر 25, 2019ژن درماني براي درمان نقص آدنوزين‌دآميناز (ADA)
دسامبر 26, 2019 Gene therapy in the treatment of human diseases
کاربرد امروزه ژن‌درمانی در درمان بيماری های انسان
امروزه، استراتژي‌هاي مختلفي براي استفاده از ژن‌درماني جهت مداواي بيماريهاي ارثي و اکتسابي انسان وجود دارند. هنگامي که با بيماريهاي ارثي انسان سرو کار داريم که در اثر فقدان عملکرد‌يک تک ژن رخ مي‌دهند، روشي که در بيشتر مواقع استفاده مي‌شود اين است که به سلول مناسب، نسخه‌هايي از يک ژن کاربردي را وارد کنيم نام اين روش “روش افزودن ژن” است. در اين آزمايش‌ها، کنترل سطح بيان در داخل سلول مناسب دشوار است و در هنگام استفاده از حامل‌هاي رتروويروس، کنترل جايگاه ادغام ژن اضافه شده غيرممکن مي‌باشد. عليرغم تمام اين محدوديت‌ها اگر سطح پاييني از آنزيم براي معکوس کردن فنوتيپ بيماري کافي است، پس از لحاظ نظري روش افزودن يک ژن مي‌تواند در درمان بيماري‌هايي که مثال‌هایی ار آنها در جدول ذکر شده‌اند، مثمر ثمر باشد.
ژن درمانی برای درمان نقص آدنوزين‌دآميناز (ADA)
مشهور‌ترين و موفق‌ترين نمونه استفاده از روش افزودن ژن براي اصلاح فنوتيپ بيماري، درمان نوعي بيماري نقص ايمني مرکب حاد(SCID) است که در اثر عدم فعاليت ADA به وجود مي‌ايد. عدم فعاليت ADA منجر به فقدان عملکرد سلول‌هاي B و T مي‌شود که در اثر آن بيمار در سال‌هاي اول زندگي مبتلا به عفونت يا سرطان مي‌شود و جان مي‌بازد. درمان‌هاي موجود براي اين بيماري شامل پيوند مغز استخوان (در صورتي که دهنده مناسبي در دسترس باشد)، روش جايگزيني آنزيم از طريق پروتئين ADA-متصل به پلي‌اتيلن‌گليکول(PEG) مي‌باشد.
در سال ۱۹۹۰، اولين بيمار مبتلا به نقص ADA از طريق ژن‌درماني و به روش خارج بدن و سيستم حامل رتروويروسي، درمان شد. ژن نرمال ADA با اندازه ۵/۱ kb، همانطور که در شکل نشان داده شده است، در يک حامل رتروويروسي کلون شد. حامل رتروويروسي تغيير داده شده به طريق ژنتيکي به لنفوسيت‌هاي T که از بيمار خارج شده و در خارج از بدن کشت داده شده بودند، ترانسفکت شد. سلول‌هاي T اصلاح شده که حاوي يک ناقل رتروويروسي و يک ژن ADA نرمال که درون DNA کروموزوميشان ادغام شده بود، دوباره به بدن بيمار بازگردانده شد.
ژن‌درمانی در بيماری سيستيک فيبروز(CF)
سيستيک فيبروز يک اختلال مغلوب يا نهفته اتوزومي است که در جمعيت سفيدپوست از هر ۲۵۰۰ نوزاد يکي به آن مبتلاست(به فصل ۱۱ مراجعه شود). اين بيماري به علت وجود نقص در سيستم حمل و نقل يون کلريد(ֿCL) به وجود مي‌آيد که منجر به تجمع بيش از اندازه ماده مخاطي بر روي ريه‌هاي فرد مبتلا مي‌شود و عفونت‌هاي باکتريايي مزمن را به وجود مي‌آورد. در بيماران مبتلا به CF در ژن رمزکننده پروتئين، تغيير رخ مي‌دهد در ۱۲ بيمار مبتلا به CF، ژن(CFTR) با روش داخل بدن به سلول‌هاي پوششي ريه، انتقال‌يافت. حامل مورد نظر يک حامل مشتق از آدنوويروس است زيرا آدنوويروس به طور طبيعي سلول‌هاي پوششي تنفسي را آلوده مي‌سازد و مي‌تواند در بدن مستقيما به سلول‌هاي هدف برود.
آزمايش مايعات مخاط بيني اين بيماران نشان داد که ويروس به مدت ۸ روز مقاومت مي‌کند اما درصد سلول‌هاي ترانسفکت شده توسط حامل ويروس کمتر از ۱% بود و فنوتيپ باليني بيماران اصلاح نشده بود. به علاوه، پروتئين‌هاي حامل آدنوويروسي توليد شده در بيماران باعث رخ‌دادن واکنش ايمني شديد به همراه واکنش التهابي موضعي شده بودند. با اين واکنش‌هاي مضر و معکوس که در بيماران به وجود مي‌آمد، مقدار ويروسي که مي‌توانست استفاده شود بسيار محدود بود و کارآيي انتقال ژن زياد نمي‌شد و در نتيجه در درمان بيماري موثر نبود.
توسعه اخير حامل‌هاي آدنوويروسي جديد که تمام ژن‌هاي ويروسي در آنها حذف شده‌اند ممکن است که در از بين بردن واکنش‌هاي ايمونولوژیک ميزبان کمک نمايد و در نتيجه در آزمايش‌هاي آتي ژن‌درماني مثمر ثمر واقع شود. روش آزمايش شده ديگري در ژن‌درماني که ممکن است از رخ دادن واکنش‌هاي ايمني به وجود آمده از حضور پروتئين‌هاي حامل آدنوويروس جلوگيري نمايد، به کارگيري کمپلکس‌هاي ژن ليپوزوم-CFTR است که به بيماران مبتلا به CF در داخل بدن تجويز مي‌شوند.
ژن‌درمانی برای بيماري‌های کبدی
تعداد زيادي از بيماريهاي متابوليسمي نظير FH، فنيل‌کتونوري(PKU)، اختلالات در سوخت‌و‌ساز چربي، و سرطان‌ها در کبد ظاهر مي‌شوند که اين اندام را به هدف مهمي در ژن‌درماني مبدل مي‌سازند. چون هپاتوسيت‌ها مي‌توانند در شرايط آزمايشگاه کشت داده شوند و مستعد عفونت‌هاي رتروويروسي هستند، استفاده از ژن‌درماني خارج از بدن براي درمان بيماريهاي کبدي از لحاظ نظري امکان پذير است. FH يک بيماري ارثي غالب است که در اثر کمبود پروتئين گيرنده ليپوپروتئين با دانسیته پایین(LDL) به وجود مي‌آيد و فنوتيپ بيماري در هر دو حالت هموزيگوت و هتروزيگوت ظاهر مي‌شود.
در يک آزمايش باليني ابتدايي که براي به کار بردن ژن‌درماني جهت درمان بيماران مبتلا به FH طراحي شده بود، هپاتوسيت‌هاي ۵ بيمار که براي بيماري، هموزيگوت بودند از طريق عمل جراحي و برداشتن يک لوب از کبد هر کدام از بيماران و کشت دادن سلول‌ها در شرايط آزمايشگاه، جمع‌آوري شدند. هپاتوسيت‌هاي کشت داده شده توسط حامل رتروويروسي که ژن را براي پروتئين گيرنده LDL حمل مي‌کند، ترانسفکت شده و سپس مجدداً به بيماران از طريق به داخل وريد باب تزريق شدند.
۵ بيمار از لحاظ نوع نقص گيرنده‌اي که بايد درمان شود، با هم تفاوت داشتند. دو تا از بيماران به فرم بدون گيرنده (Null) بيماري مبتلا بودند و بقيه بيماران ميزان کاهش‌يافته‌اي از پروتئين گيرنده را داشتند. تنوع قابل توجهي در پاسخ به ژن درماني مشاهده شد، در حالی‌که سه بيمار از پنج بيمار به هر‌حال بهبود کمي را نشان دادند دو بیمار دیگر فقط مقدار اندکی کاهش در کاتابوليسم LDL را نشان دادند. اين نتايج متنوع و ميزان کم اصلاح فنوتيپ باليني به پيوند ناهماهنگ هپاتوسيت‌هاي جايگزين شده نسبت داده شد که کمتر از ۵% بود. ناکارايي اين روند ژن‌درماني، درمان بيماريهاي کبدي، استفاده از اين روش را غيرممکن ساخته و تا زماني که راهي براي بهبود سطح انتقال ژن پيدا نشود از اين روش استفاده نخواهد شد.
ژن‌درمانی برای درمان بيماری های عضلانی
بيماري ديگري که براي ژن درماني گزينه مناسبي به نظر مي‌آيد، بيماري DMD نام دارد که از هر ۳۵۰۰ جنس مذکر یک نفر به آن مبتلاست. اين بيماري هيچ درمان شناخته شده‌اي ندارد و بيماري ويرانگري است که در سنين بين ۴ تا ۶ سالگي رخ مي‌دهد و به طور پيش‌رونده‌اي حاد‌تر شده تا جايي که منجر به مرگ افراد در سنين پايين مي‌شود. روش‌هاي درماني اوليه‌اي که براي درمان اين بيماري به کار مي‌رفت عبارت بود از پيوند ميوبلاست‌هاي نرمال انسان به عضلات پسر‌هاي بيمار با اين اميد که منجر به توليد ژن ديستروفين کاربردي شود. هدف از این کار ايجاد فيوژن ميان ميوبلاست‌ها دهنده نرمال با سلول‌هاي ميزبان بود که موجب توليد پروتئيني کاربردي مي‌شد که مي‌توانست عضله‌هاي آسيب ديده را ترميم نمايد. تا به امروز اين آزمايشات نتوانسته‌اند هيچ تغيير باليني قابل توجهي در بيمار به وجود بياورند، پس ايجاد روش‌هاي ديگر درمانی، ضروري است.
حامل‌هاي رتروويروسي به دليل ناتوانيشان در آلوده کردن سلول‌هاي ماهيچه‌اي که در حال رشد نيستند، حامل‌هاي مناسبي براي درمان DMD به شمار نمي‌آيند. به علاوه، اندازه بزرگ ژن ديستروفين نيز يافتن يک حامل مناسب که بتواند آن را به سلول‌هاي ماهيچه‌اي انتقال دهد نيز به مشکل تبديل کرده است. اخيراً، حامل‌هاي آدنوويروسي ساخته شده‌اند که تمامي ژن‌هاي ويروسي‌شان حذف شده و ريز ژن‌هاي ديستروفين جايگزين آنها شده‌اند. ريز ژن يک DNA مکمل(cDNA) براي ژن ديستروفين است که تمام توالي‌هاي اينترون آن حذف شده تا آنقدر کوچک شود که بتواند در ژنوم حامل آدنوويروس حذف شده که مي‌تواند ۲۸ کیلوباز از DNA بيگانه را حمل کند، بگنجد. حامل‌هاي آدنوويروسي که ژن ديستروفين را حمل مي‌کنند مي‌توانند عضله‌هاي اسکلتي را در محيط کشت ترانسفکت کنند و پروتئين ديستروفين اصلاح شده را در سطوح بالا در بدن موش‌هاي مبتلا به کمبود ديستروفين بيان کنند.
حامل‌هاي آدنوويروس جديد به صورت بالقوه مي‌توانند در درمان بيماران مبتلا به DMD استفاده شوند اما قبل از اينکه در انسان به کار گرفته شوند، بايد اصلاحات و آزمايش‌هاي بيشتري روي آنها انجام شود.
ژن درمانی برای درمان سرطان
اکثر آزمايش‌هاي باليني در حال پيشرفت در ژن درماني براي درمان سرطان انسان که يک بيماري اکتسابي است طراحي مي‌شوند. درمان بيماريهاي اکتسابي از طريق ژن درماني شامل چندين روش هستند. در يک روش، سلول‌هاي تومور يا فيبروبلاست‌ها به طريق ژنتيکي تغيير داده مي‌شوند تا ترکيباتي به وجود بياورند که سيستم ايمني نرمال ميزبان را تحريک کنند. از اين طريق، سيستم ايمني به سلول‌هاي سرطاني حمله کرده و آنها را از بين مي‌برد. در روش دوم، ترکيباتي سمي توليد مي‌شود که منحصرا به سلول‌هاي سرطاني حمله کرده، آنها را نابود مي‌کنند. در روش سوم ترکيباتي نظير RNAهاي آنتي‌سنس به کار گرفته مي‌شوند که مانع از بيان انکوژن‌هاي موجود در سلول‌هاي سرطاني مي‌شوند. در آخرين روش، اگر بيمار داراي ژن معيوب سرکوبگر تومور مانند p53 یا ژن رتينوبلاستوما(Rb) باشد، از لحاظ نظري مي‌توان ژن را از طريق روش‌هاي ذکر شده، به سلول‌هاي بيمار اضافه نمود. اين روش مشابه روش‌هايي است که براي درمان بيماري‌هايي که در آنها يک ژن کاربردي از دست رفته، به کار مي‌روند.
هدف اکثر آزمايش‌هاي باليني در مورد درمان سرطان اين است که ژني که سايتوکين را رمزگذاري مي‌کند در خارج از بدن به سلول‌هاي سرطاني، وارد کنند. سايتوکين ترکيبي است که سيستم ايمني طبيعي را تحريک مي‌کند و باعث مي‌شود که سيستم ايمني سلول‌هاي سرطاني را شناسايي کرده و جلوي رشدشان را بگيرد يا آنها را نابود کند. در روشي مشابه، فيبروبلاست‌ها را مي‌توان از بيمار خارج کرد و در محيط کشت رشدشان داد و با حامل‌هاي رتروويروسي از لحاظ ژنتيکي اصلاحشان نمود تا بتوانند سايتوکين توليد کنند(مانند IL-2 که يک فاکتور رشد سلول T است). سلول‌هاي اصلاح‌يافته پرتوتابي شده، و مستقيما به درون تومور بيمار تزريق مي‌شوند. واکنش ايمني در محل تزريق با افزايش سلول‌هاي کشنده طبيعي به وجود مي‌آيد که به سلول‌هاي سرطاني حمله مي‌کنند.
وضعيت کنونی ژن‌درمانی در انسان
بيماريهاي ارثي انسان که به عنوان هدف در ژن‌درماني انتخاب شده‌اند، ويژگي‌هاي مشترکي دارند. آنها بيماري‌هايي هستند که در اثر نقص‌هاي به وجود آمده در يک ژن منفرد که در سطح مولکولي شناسايي شده و آسيب شناسي مشخصي دارند، به وجود مي‌آيند. تمام اين بيماري‌ها کشنده‌اند و معمولا کودکان به آنها مبتلا مي‌شوند و متداول‌ترين شيوه‌هاي درماني نيز براي درمان اين بيماري‌ها کافي نبوده‌اند.
آزمايش‌هاي باليني انساني موفقيت کمتري داشته‌اند و مشخص نيست که آيا تا کنون نتيجه مطلوب باليني به ثبت رسيده‌اي رخ داده است يا خير. تلاش هايي که جهت درمان CF توسط ژن CFTRبا استفاده از حامل‌هاي آدنوويروسي انجام شد، نتوانست که نقص انتقال‌يون را در اين بيماري اصلاح دهد. اين ناکامي‌ها را به بازده کم انتقال ژن به سلول‌ها در بدن و به واکنش‌هاي ايمني و التهابي که به خاطر حامل ويروسي رخ مي‌داد، نسبت مي‌دادند. استفاده از ميوبلاست‌ها در درمان DMD نيز ناموفق بوده است، با وجود اينکه بيشتر شيوه‌هاي اخير که در آنها از حامل‌هاي آدنوويروسي کاملا معيوبي استفاده مي‌شد که ريز ژن ديستروفين را حمل مي‌کردند، بسيار اميد بخش بودند. تلاش براي درمان بيماران مبتلا به FH نيز از طريق كبدبردارى جزئي، ترانسفکت هپاتوسيت‌ها با ژن براي گيرنده LDL در محيط کشت و تزريق مجدد سلول‌هاي اصلاح شده به سياهرگ باب بيماران هم نتايج تاثير گذاري نداشتند.
با اينکه آزمايش‌هاي اوليه براي درمان SCID با يک حامل رتروويروسي که ژن ADA را حمل مي‌کرد با موفقيت‌هايي همراه بود، ولي هنوز مشخص نيست که چقدر از فنوتيپ باليني بهبود‌يافته در يک بيمار به خاطر وجود ژن طبيعي در سلول‌هاي T است و چقدر از آن به خاطر ادامه استفاده از شيوه درماني جايگزيني آنزيم مي‌باشد.
علي رغم نتايج منفي به دست آمده از آزمايش‌هاي باليني کنوني، بيشتر دانشمندان و محققان باليني به اين که ژن‌درماني به يک شيوه درماني براي درمان بسياري از بيماريهاي ارثي و اکتسابي تبديل خواهد شد، بسيار خوشبين هستند. واضح است که تحقيقات بيشتري بايد انجام شود تا: موفق به ساخت حامل ايده‌آلي شد که ژن‌ها را به سلول‌هاي مناسب تحويل دهد؛ راهي پيدا کرد که ژن را به سمت جايگاه درست در ژنوم هدف‌گذاري نمود؛ و بر هم کنش‌هاي بيولوژيکي ميان سلول‌هاي مختلف انسان و ژن‌هاي بيگانه که به آنها وارد مي‌شدند را متوجه شد.
رشته ژن‌درماني انساني هنوز نوپاست و بنا به نظر برخي امکان دارد در آينده‌اي نزديک آرزوهاي دست نيافتني را تحقق بخشد. با اين حال، از آزمايش‌هاي نه چندان موفق در اين زمينه،يافته‌هاي فراواني به دست آمده است: روش‌هاي انتقال ژن‌ها به سلول‌هاي انساني، چگونگي رسيدن به بيان موثر و طولاني مدت ژن‌هاي انتقال‌يافته در بدن، و شناسايي مشکلاتي که در هنگام سر و کار داشتن با ارگانيسم‌هاي پيچيده مانند بدن انسان با آنها روبه‌رو مي‌شويم. به تمامي اين عوامل در آينده‌اي نه چندان دور پرداخته خواهد شد و موفقيت نهايي را در استفاده از اين روش براي درمان انواع مختلف بيماري انسان به ارمغان خواهد آورد.
