/

Mniej znana historia
terapii genowej

avatar
Bartosz Nowak 26 Kwi, 5 minut czytania

 

Chyba nie ma w medycynie drugiego takiego rodzaju terapii, na który tak mocno czekalibyśmy, jak na terapie genowe. W roku 2021 możemy już powiedzieć, że są one dostępne dla Pacjentów. Na pewno wielu Czytelników słyszało o chociażby terapii genowej stosowanej w przypadku rdzeniowego zaniku mięśni (ang. Spinal muscular atrophy, SMA), określanej także najdroższym lekiem świata [1]. Jak to więc się stało, że ten rodzaj „Świętego Graala” medycyny jest już dostępny? Jest to długa historia pełna dramatów, ale przede wszystkim wytrwałości, zawziętości i chęci zmiany losu nieuleczalnie chorych Pacjentów. Ruszajmy w drogę!

Historie należy rozpocząć w roku 1953. Jest to rok publikacji pracy będącej w dużej mierze podstawą genetyki. Zespół naukowców przedstawił strukturę DNA, czyli kwasu deoksyrybonukleinowego, będącego podstawową formą informacji o białkach, taką instrukcją wykonania białek, które produkuje nasz organizm [2].

Przed rokiem 1953 i po nim toczą się także niezliczone prace na temat genów i genetyki. Każdy zadaje sobie pytania – jak działa maszyneria genetyczna, jak dziedziczone są choroby i czy w końcu taka odziedziczona choroba może zostać wyleczona. Lata upływały na kolejnych eksperymentach.

W końcu dochodzimy do kolejnego punktu milowego, czyli roku 1962.W tymże roku ukazuje się praca wybitnego Polskiego genetyka profesora Wacława Szybalskiego [3]. W tym czasie pracował on już w USA, gdzie przyjechał w latach 50-tych. Eksperyment polegał na stworzeniu linii komórkowej ludzkiego szpiku kostnego (patrz przypis 1) o nazwie D98S. Część z komórek miała posiadać funkcjonujący enzym (patrz przypis 2) HGPRT (Fosforybozylotransferaza hipoksantynowo-guaninowa), podczas gdy druga część komórek nie posiadała funkcjonalnego enzymu. Do komórek dodawano następnie związek chemiczny o nazwie aminopteryna. Jego zadaniem było blokowanie produkcji puryn (czyli bardzo ważnych składników DNA – zasad azotowych (patrz przypis 3)). Innymi słowy w obecności tego związku komórka nie może w normalny sposób syntetyzować swojego DNA. Musi więc znaleźć szlak alternatywny. Szlak ten przebiega z wykorzystaniem wspomnianego wcześniej enzymu HGPRT. Tak więc tylko ta część komórek, która posiada działający enzym, będzie w stanie rosnąć. Profesor wraz ze swoim zespołem wyizolował DNA z tych „działających” komórek i dokonał transformacji (patrz przypis 4) tych komórek, które nie posiadały tego enzymu. Okazało się, że takie komórki po transformacji są w stanie rosnąć, a nawet więcej: kolejne pokolenia komórek także posiadały prawidłowy gen dla tegoż enzymu. Podsumowując, publikacja profesora była przełomowa, gdyż był to pierwszy udokumentowany transfer genów w liniach komórek ssaczych. Dodatkowo wprowadzony sztucznie gen był dziedziczony przez kolejne pokolenia komórek [4].

Kolejny istotny krok dokonał się w 1968 wraz z kolejną ważną publikacją [5]. Grupa naukowców dokonała pierwszego transferu genetycznego z wykorzystaniem wektora (patrz przypis 5) wirusowego. Celem eksperymentu było wykorzystanie wirusa mozaikowatości tytoniu, w którym umieszczono specjalnie przygotowane odcinki kwasu rybonukleinowego (RNA) zawierające sekwencje kodującą łańcuch polizynowy (lizyna jest jednym z aminokwasów budujących białka) do zainfekowania roślin tytoniu. Podczas oczyszczania materiału roślinnego okazało się, że w zainfekowanych przez wirusa roślinach bezsprzecznie można te łańcuchy odnaleźć

Po udanym pierwszym eksperymencie naukowcy postanowili pójść dalej za ciosem. W roku 1973 przeprowadzili pierwszą udokumentowaną próbę terapii genowej [6]. Dwóm dziewczynkom chorującym na zaburzenia cyklu mocznikowego (patrz przypis 6) został podany wirus z grupy papilloma o nazwie Shope. Naukowcom wydawało się, że genom tegoż wirusa ma sekwencję kodującą arginazę. Trzeba pamiętać, że w tamtym czasie możliwości poznania dokładnej sekwencji kwasu nukleinowego były bardzo ograniczone i badacze musieli opierać się na szczątkowych informacjach. Arginaza jest jednym z ważnych enzymów uczestniczących w cyklu mocznikowy. Niestety okazało się, że wynik próby był negatywny i dziewczynki dalej były chore. Po wielu latach udało się wyjaśnić przyczynę tego niepowodzenia: dzięki sekwencjonowaniu, okazało się, że ten wirus jednak nie zawiera sekwencji kodującej arginazę [4].

Jesteśmy już na przełomie lat 70tych i 80tych. Wydaje się, że już tak niewiele dzieli ludzkość od przeprowadzenia pierwszej udanej terapii genowej. Po raz pierwszy udaje się to ostatecznie w roku 1990. Bohaterką historii zostaje Ashanthi DeSilva, 4 letnia wówczas dziewczynka cierpiąca na niedobór deaminazy adenozynowej (będącego jednym z enzymów odpowiadających za degradację DNA), który powoduje wystąpienie zespołu ciężkiego wrodzonego niedoboru odporności (z ang. Adenosine deaminase deficiency – Severe combined immunodeficiency, ADA-SCID) z powodu nagromadzenia toksycznych związków dla limfocytów. W wielkim skrócie, terapia polega na pobraniu limfocytów i dokonaniu zmiany genetycznej w limfocytach, tak, aby posiadały one prawidłowy gen kodujący enzym deaminazy adenozynowej. Tak przygotowane limfocyty zostały następnie podane dziewczynce [7]. Dorosła już dzisiaj Ashanthi ma się doskonale! Warto nadmienić, że już od kilku lat w Europie dostępny jest preparat Strimvelis, będący terapią genową ADA-SCID.

Ten sukces spowodował istną lawinę kolejnych badań na całym świecie. Rozpoczynano coraz więcej prób klinicznych obejmujących kolejne rzadkie choroby. Jedną z nich był niedobór transkarbamoilazy ornitynowej (enzymu biorącego udział w cyklu mocznikowym podczas którego z toksycznego amoniaku powstaje mocznik). Do badania został zakwalifikowany 18-letni Jesse Gelsinger, chorujący na to schorzenie. Jednak w 1999 roku doszło do tragedii. Układ immunologiczny Jesse’go po otrzymaniu testowanego preparatu, zawierającego dużą ilość wektorów adenowirusowych, rozwinął silną reakcję zapalną. 4 dni po otrzymaniu leku chłopiec zmarł na niewydolność wielonarządową [8]. Był to spory cios zarówno dla całej społeczności zaangażowanej w badanie, jak i dla terapii genowych, który spowodował ostudzenie pierwotnego zapału. Na szczęście naukowcy szybko otrząsnęli się z porażki i dalej pracowali nad udoskonaleniem preparatów, tak, aby historia Jesse’go nie powtórzyła się już nigdy.

Historia terapii genowych to głównie badania naukowców amerykańskich i europejskich. Nie możemy jednak zapomnieć o pewnym azjatyckim kraju, w którym przeprowadza się ogromne ilości badań genetycznych. Chodzi oczywiście o Chiny. W kraju tym w roku 2003 doszło do dopuszczenia do sprzedaży pierwszej na świecie terapii genowej do użytku w leczeniu nowotworów. Produkt Gendicine zawiera wektory adenowirusowe, w których umieszczono kopię genu kodującego biało p53. Białko to odgrywa istotną rolę w zapobieganiu powstawania nowotworów. W przypadku obecności błędów w DNA prowadzi daną komórkę na szlak apoptozy, czyli jej kontrolowanej śmierci. Zabezpiecza to organizm przed niekontrolowanym dzieleniem się takiej wadliwej komórki, a zatem – przed rozwojem nowotworu. Bardzo często w komórkach nowotworowych prawidłowego wariantu genu kodującego to białko niestety brakuje. Jeśli więc dostarczymy go z zewnątrz, to możliwe, że będzie pomocny w walce z nowotworem – przywrócona zostanie kontrola nad losem komórki. Obecnie ten preparat jest zarejestrowany do użytku w terapii nowotworów głowy i szyi [9]. Nie jest on dostępny w Europie czy USA, gdyż tak naprawdę nie do końca wiadomo jeszcze, czy działa. Badania trwają.

O historii terapii genowej można by napisać obszerną książkę, a przedstawione tutaj wybrane przykłady mają jedynie przybliżyć tą ciekawą i trudną dziedzinę badań. To niesamowita historia mniej i bardziej znanych osób, których celem była i jest poprawa zdrowia i jakości życia pacjentów cierpiących na choroby rzadkie i nowotwory, a często celem jest ratowanie ich życia. Obecnie na rynku mamy już preparaty na takie choroby jak SMA, dystrofia mięśniowa Duchenne’a, wrodzony zanik nerwów wzrokowych Lebera, ADA-SCID czy beta-talasemię. Każdy rok będzie przynosił ich coraz więcej. Mam nadzieję, że XXI wiek będzie wiekem rozkwitu tego typu leczenia!

 

 

Przypisy

  1. Szpik kostny znajduję się w niektórych kościach. Zawiera komórki macierzyste krwi z których powstają jej elementy morfotyczne takie jak erytrocyty, limfocyty czy płytki krwi.
  2. Enzym to specjalne białko ułatwiające przeprowadzenie reakcji metabolicznych w organizmie.
  3. Zasada azotowa jest częścią budowy DNA. Wyróżniamy zasady purynowe: adeninę oraz guaninę a także pirymidynowe: tymina oraz cytozyna.
  4. Transformacja jest procesem przenoszenia obcego DNA do komórek dzięki zastosowaniu metod takich jak np. elektroporacja – czyli wytworzenie możliwości wejścia DNA do komórki dzięki prądowi.
  5. Wektor to wirus, którego zadaniem jest przeniesienie materiału genetycznego do obcych komórek.
  6. Cykl mocznikowy to proces metaboliczny zachodzący w wątrobie. Jego celem jest przemiana toksycznego amoniaku w mniej toksyczny kwas moczowy.

Bibliografia

[1] SMA F. Zolgensma® (terapia genowa) n.d. https://www.fsma.pl/leki/zolgensma/.

[2] Crick F, Watson J. Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid 1953.

[3] SZYBALSKA EH, SZYBALSKI W. Genetics of human cess line. IV. DNA-mediated heritable transformation of a biochemical trait. Proc Natl Acad Sci U S A 1962;48:2026–34. doi:10.1073/pnas.48.12.2026.

[4] Wirth T, Parker N, Ylä-Herttuala S. History of gene therapy. Gene 2013;525:162–9. doi:10.1016/j.gene.2013.03.137.

[5] Rogers S, Pfuderer P. Use of viruses as carriers of added genetic information. Nature 1968;220:862–3.

[6] Rogers S et all. Induction of arginase activity with the Shope papilloma virus in tissue culture cells from an argininemic patient 1973;137:1091–6.

[7] Ashanthi DeSilva’s Story: A Look Back at the First Gene Therapy Trial. n.d. https://premier-research.com/perspectives-ashanthi-desilva-gene-therapy-trial/.

[8] Sheryl Gay Stolberg. The Biotech Death of Jesse Gelsinger 1999. https://www.nytimes.com/1999/11/28/magazine/the-biotech-death-of-jesse-gelsinger.html (accessed November 3, 2019).

[9] Peng Z. Current status of gendicine in China: Recombinant human Ad-p53 agent for treatment of cancers. Hum Gene Ther 2005;16:1016–27. doi:10.1089/hum.2005.16.1016.

 

Podziel się: