Terapia genică

Terapia genică descrie o formă de tratament al cărui rezultat derivă din expresia unei gene transferate - transgene, în celule defective sau alte tipuri de celule, cu ajutorul unor vectori. Odată ajunsă la nivel celular, în interiorul celulei, gena transferată poate declanșa și direcționa sinteza unei proteine cu rol terapeutic, care poate să refacă un deficit genetic, să corecteze o mutație sau să ofere celulei un anumit fenotip sau funcție dorită (1), (2), (3).

Inițial, intențiile în ceea ce privește terapia genică au fost reprezentate de introducerea genelor direct la nivel celular, iar bolile care au fost țintite în prim plan au fost fibroza chistică, hemofilia, distrofia musculară, siclemia. Ulterior, tehnologia și tehnicile utilizate au avansat, iar lista s-a extins considerabil, tehnica fiind folosită atât pentru boli genetice moștenite, boli maligne sau chiar și în cazul anumitor boli cu etiologie virală precum HIV-SIDA. Anumite boli hematologice au fost, de asemenea, incluse în trialuri cu tratament prin terapie genică, obținându-se informații valoroase și rezultate importante - imunodeficiența severă combinată, sindromul Wiskott-Aldrich, hemoglobinopatiile, diverse forme de leucemie, limfoame, etc. (1), (2)

În anumite cazuri, sunt prelevate celule ale pacientului, fiind selectate celule speciale precum celulele stem (hematopoietic stem cells - HSCs). Genele cu efect terapeutic sunt introduse într-un vector și livrate către celulele țintă. Celulele modificate vor fi reintroduse în corpul pacientului. Această metodă realizează modificarea celulelor în afara organismului, de aceea este numită terapie genică ex vivo. De cealaltă parte se află terapia genică in vivo, care este reprezentată de procesul prin care se introduc direct în corp vectorii care conțin genele cu potențial terapeutic. (1)

Terapia genică a avut parte de un real progres față de anii 1980, dar acest progres s-a realizat anevoios, întrucât existau anumite dificultăți ce nu păreau atât de ușor surmontabile; celulele stem nu au atât de mulți receptori de suprafață iar acest lucru a făcut dificilă incorporarea genei modificate, iar o altă problemă a fost reprezentată de numeroasele complicații post-procedurale apărute, unele din ele legate și de structura și de calitatea vectorilor folosiți. În ultimii ani, aceste dificultăți au fost depășite cu ajutorul ingineriei genetice. (1)

De ce sunt celulele stem principalele celule utilizate în cadrul a numeroase forme de terapie genică?

Au o durată de viață mai lungă și capacitate de auto-multiplicare mare, aceste aspecte putând să reducă sau să elimine necesitatea administrării repetate. De asemenea, ele pot migra la nivelul diverselor organe din corp și pot infiltra diverse tipuri de țesut. Sunt ușor de selectat și de manipulat și pot să fie introduse în corp relativ ușor. (1)

Tipuri de vectori utilizați

Alegerea unui anumit tip de vector are un impact important asupra eficienței și siguranței procedurii. Majoritatea vectorilor derivă din virusuri, dar pot fi utilizate și alte tipuri de vectori precum plasmidele (molecule de ADN cu structură dublu catenară care dețin capacitate de replicare independentă) (4).

Există anumite caracteristici urmărite în ceea ce privește alegerea unui anumit tip de vector (4):

• capacitatea: genele integrate în cadrul anumitor vectori au dimensiuni diverse, de aceea alegerea vectorului trebuie adaptată la structura genei urmărite
• producție: trebuie să fie produși într-o cantitate adecvată înainte de administrare, pentru a asigura o eficiență sporită
• celulele țintă: există un tropism diferit pentru diverse țesuturi, unele virusuri pot să infecteze doar celulele aflate în diviziune și cu capacitate amplă de multiplicare, în timp ce alte tipuri au tropism pentru celulele latente
• intensitatea expresiei genice: unele gene au nevoie de un procent mult mai mare în care să fie exprimate pentru a observa un beneficiu terapeutic, în timp ce altele pot să fie exprimate într-un procent mai mic în cadrul unui număr mai mic de celule iar acest lucru să fie suficient pentru ca terapia să fie eficientă- de exemplu, în cadrul bolilor cu moștenire autozomal recesivă.
• durata expresiei genice: un răspuns terapeutic pe termen lung poate fi necesar atunci când este vorba de un deficit genetic mai ales moștenit, în timp ce pentru unele gene, scopul introducerii lor poate fi unul cu un caracter temporar, tranzitor, în cadrul bolilor dobândite precum malignități sau infecții.
• imunogenicitatea: amploarea răspunsului imun rezultat în urma diverșilor vectori utilizați în cadrul tehnicilor de terapie genică poate să afecteze potența tratamentului și să genereze efecte adverse notabile.

 

Terapia cu celule CAR-T (Chimeric Antigen Receptor)

Din cauza faptului că terapia chimioterapică convențională rămâne ineficientă în cazul anumitor boli maligne și are efecte adverse notabile, uneori chiar și pe termen lung, de-a lungul anilor s-a încercat dezvoltarea unor terapii specifice țintite și chiar terapii care se bazează pe stimularea propriului sistem imun în lupta cu boala (1), (5), (6).

Acest tip de terapie genică implică utilizarea propriilor celule T care vor fi modificate genetic pentru a exprima un CAR- chimeric antigenic receptor, specific pentru un anumit antigen tumoral; ulterior populația de celule va fi extinsă ex vivo și celulele reintroduse în corpul pacientului. Aceste CAR- uri sunt reprezentate de proteine de fuziune formate dintr-un fragment al unui lanț din structura unui anticorp monoclonal specific și din unul sau mai multe domenii intracelulare de semnalizare ale receptorilor celulelor T. Aceste modificări genetice la nivelul celulelor T se pot obține fie utilizând vectori virali, fie utilizând alte metode de clivaj al ADN-ului. (4)

Cele mai bune rezultate ale acestui tip de terapie genică au fost obținute în cadrul bolilor maligne hematologice - în special în cadrul limfoamelor, iar în ceea ce privește eficiența, experiența clinică și posibilitatea implementării acestei tehnici și în cazul tumorilor solide, există încă multe bariere terapeutice. (5), (6)

O altă strategie a fost reprezentată de încercarea de a mări eficiența și tolerabilitatea chimioterapiei, prin protejarea celulelor măduvei osoase prin transfer genetic, deoarece principalul efect al chimioterapiei este distrugerea ADN-ului. Astfel, o genă de reparație a ADN-ului chimiorezistentă a fost introdusă cu ajutorul unui vector retroviral în interiorul celulelor stem hematopoietice, ceea ce a permis pacienților sa tolereze mai multe cicluri de tratament. (1), (4)

Imunodeficiența severă combinată

Este o boală genetică cauzată de mutații la nivelul genei receptorului pentru interleukina 2, ceea ce va cauza absența celulelor T și NK și celule B aproape nefuncționale; practic, nu există un sistem imun eficient și cele mai banale infecții pot fi fatale. Fără intervenție medicală, se consideră o boală fatală, iar pacienții de obicei mor în primii doi ani de viață. Trialurile s-au derulat între 1999 și 2006, iar tehnica folosită a fost reprezentată de introducerea directă în corp a genei defecte cu ajutorul unui vector retroviral. Tratamentul a reprezentat un real succes, având în vedere că pacienții tratați atunci au prezentat corecție a deficitului de celule T, fiind urmăriți până la aproximativ 12 ani după procedură, ducând o viață normală. (1), (2)

O altă boală tratată prin terapie genică a fost imunodeficiența severă combinată prin deficit de adenozin deaminază (ADA-SCID/ Adenosin Deaminase Deficiency - Sever Combined Immunodeficiency). Este o boală moștenită autozomal recesiv, cauzată de o mutație a genei ADA la nivelul cromozomului 20. Deficitul de ADA conduce la o inhibiție a sintezei ADN, provocând toxicitate la nivelul limfocitelor, având în vedere că acestea sunt unele dintre cele mai active celule din punct de vedere mitotic. Este considerată o boală fatală, de asemenea, pacienții rareori atingând vârsta de doi ani. Tratamentul curativ a fost reprezentat de transplant de celule stem autologe modificate cu ajutorul unui vector retroviral care codifica gena deficitară. Din anii 2000, au apărut îmbunătățiri majore în cadrul procedurii, iar în cele din urmă a reprezentat un real succes, pacienții reușind să aibă o viață absolut normală, fără efecte adverse notabile. (1), (2)

Hemofilia

Este o boală X-linkată, ceea ce înseamnă că sexul masculin este cel afectat și foarte rar sexul feminin, în cazul în care se moștenesc două gene defecte de la ambii părinți (homozigote). Totodată, s-a demonstrat că aproximativ 70% din pacienții afectați moștenesc boala iar 30% dezvoltă mutații somatice complet noi. Există două forme majore de hemofilie: A - cauzată de mutații ce conduc spre pierderea funcției genei care codifică factorul VIII și B - cauzată de mutații la nivelul genei care codifică factorul IX. Pierderea acestori factori afectează notabil capacitatea de a genera trombină și consecutiv fibrină, conducând chiar la sângerare spontană daca nivelul factorilor scade extrem de mult. (1), (2)

Dificultățile în ceea ce privește terapia genică în cadrul acestei boli au fost reprezentate în principal de faptul că acești factori sunt produși de hepatocite și nu în derivate directe ale celulelor stem. Astfel, tehnica preferată a fost reprezentată de terapia genică in vivo, prin care particule virale au fost injectate la nivel venos, muscular, în artera hepatică sau la nivelul omentului. Inițial, trialurile nu au avut succes pe termen lung, iar ulterior cercetătorii s-au axat pe tratamentul hemofiliei B, întrucât gena pentru FIX este mult mai mică dimensional și mult mai ușor de introdus într-un vector; de asemenea, o cantitate mică de FIX este suficientă pentru a reduce riscul de sângerare. Actualmente, încă se cercetează noi metode de a putea introduce gena FVIII în cadrul unui vector. (1)

Hemoglobinopatiile

Beta talasemia este cauzată de o mutație la nivelul genei beta-globinei, ceea ce va conduce la anemie severă și o producție redusă a hemoglobinei A adulte. Succesul în ceea ce privește terapiile genice în acest context a fost, până acum, limitat. Primul trial finalizat cu succes a fost raportat în 2007, când un pacient de 18 ani cu beta talasemie severă dependent de transfuzii lunar de la vârsta de 3 ani a fost supus unei terapii genice cu celule stem hematopoietice modificate. După aproximativ 21 de luni, pacientul nu a mai fost dependent transfuzional, păstrând un nivel al hemoglobinei stabil, cu o calitate bună a vieții. (1)

Alte boli care înregistrează progrese în ceea ce privește dezvoltarea tehnicilor de terapie genică și succesul acestora sunt reprezentate de cancerele din sfera ORL, cancerul pancreatic, de prostată, de colon, cancerul de sân. Și în rândul bolilor neurodegenerative au fost înregistrate progrese, mai ales pentru boala Parkinson și boala Huntington - trialurile pe modelele murine încă continuă, dar până acum rezultate sunt promițătoare. Defectele la nivelul retinei sunt și acestea un candidat bun pentru terapia genică, datorită faptului că se poate apela la injectarea intraoculară directă. De asemenea, riscul de reacții adverse legate de răspunsul imun al gazdei este mic pentru că ochiul este un organ care poate să accepte organisme străine fără să dezvolte un răspuns imun inflamator amplu. (2), (4)