Презентація на тему: "Генотерапія"

Генотерапія. Цяк Іван

Генотерапія. Генотерапія або генна терапія — це вид лікування, який передбачає зміну або заміну генів у клітинах людини для лікування або запобігання захворюванням. Генотерапія передбачає додавання нових функціонуючих генів у клітини, які були відсутні або несправні, або шляхом інактивації чи відновлення наявних генів. Генотерапія та її перспективи завжди були привабливими темами для вивчення і ця галузь є флагманом медицини майбутнього.

Розвиток концепції генотерапіїКонцепція генотерапії, мабуть, з'явилася відразу після відкриття явища трансформації у бактерій і вивчення механізмів трансформації клітин тварин пухлинотворними вірусами. Такі віруси можуть здійснювати стабільне впровадження генетичного матеріалу в геном клітини господаря, тому було запропоновано використовувати їх як вектори для доставки бажаної генетичної інформації в геном клітин — для корекції помилок, модифікації клітин чи додавання специфічних властивостей. Реальністю генна корекція соматичних клітин стала після 1980-х років, коли були розроблені методи отримання ізольованих генів, створені еукаріотичні експресуючі вектори та стали звичайними переноси генів у мишей та інших тварин.Історично генна терапія націлювалась на лікування спадкових генетичних захворювань, проте поле її застосування, принаймні теоретично, розширилося. В наш час генну терапію розглядають як потенційно універсальний підхід до лікування широкого спектра захворювань, починаючи від спадкових, генетичних і закінчуючи інфекційними.

Приклади генотерапіїОдним із найперших успішних прикладів було використання генної терапії для лікування тяжкого комбінованого імунодефіциту (ТКІД), рідкісного та часто смертельного генетичного розладу, який впливає на імунну систему. У 1990 році група дослідників з Національного інституту здоров’я провела перше успішне випробування генної терапії ТКІД, під час якого вони використовували генетично модифікований вірус для доставки здорових копій гена, якого не було у пацієнтів із ТКІД, до клітин кісткового мозку. Ця генна терапія призвела до вироблення функціональних імунних клітин у пацієнтів, що призвело до значного покращення їхніх симптомів і нормалізації функції їхньої імунної системи. Перше лікування, яке викликало постійні генетичні зміни, було розпочато в 1993 році. Мета полягала в тому, щоб вилікувати злоякісні пухлини головного мозку за допомогою рекомбінантної ДНК для перенесення гена, що робить пухлинні клітини чутливими до препарату, який, у свою чергу, спричинить загибель пухлинних клітин.

Приклади генотерапіїПерша комерційна генна терапія, Gendicine, була схвалена в Китаї в 2003 році для лікування деяких видів раку. У 2012 році Glybera, засіб для лікування рідкісного спадкового захворювання, дефіциту ліпопротеїнліпази, стало першим засобом, схваленим для клінічного використання в Європі чи Сполучених Штатах після його схвалення Європейською Комісією. Як правило, зусилля зосереджені на введенні гена, який викликає експресію необхідного білка. Нещодавно покращене розуміння функції нуклеази призвело до більш прямого редагування ДНК за допомогою таких методів, як нуклеази цинкового пальця (Zinc finger nuclease, ZFN) та CRISPR. Вектор включає гени в хромосоми. Експресовані нуклеази потім вибивають і замінюють гени в хромосомі. Станом на 2014 рік ці підходи включають видалення клітин у пацієнтів, редагування хромосоми та повернення трансформованих клітин пацієнтам.

Приклади генотерапіїУ 2022 році генотерапія CRISPR забезпечило функціональне лікування бета-таласемії та серпоподібноклітинної анемії. CRISPR Therapeutics і Vertex Pharmaceuticals вилікували понад 75 пацієнтів, у результаті чого було створено кілька широко розрекламованих «функціональних ліків». Вони очікують схвалення FDA для Exa-Cel, лікування серпоподібноклітинної та бета-таласемії, на початку 2023 року. Також у 2022 році регулятори схвалили кілька знакових клітинних і генних терапій, зокрема Hemgenix для лікування гемофілії В, Zyntelgo для бета-таласемії, Skysona для церебральної адренолейкодистрофії, Yescarta і Breyanzi для неходжкінської лімфоми, Tecartus для мантійно-клітинної лімфоми, а також Carvykti і Abecma для множинної мієломи.

Методи генотерапіїГенотерапія включає введення здорових генів у клітини людини для заміни генів, які не функціонують належним чином. Щоб клітини-мішені виробляли білкові продукти введеного гена, екзогенний генетичний матеріал повинен бути доставлений до ядра клітини. Перенесення генів через вірусні вектори називається трансдукцією, тоді як перенесення через невірусні вектори називається трансфекцією

Вірусні вектори. В природі, для своєї реплікації (розмноження), віруси вводять свій генетичний матеріал у клітину-хазяїна, обманом змушуючи клітинний механізм хазяїна синтезувати вірусні білки з вірусного генетичного матеріалу.  Ретровіруси "йдуть" ще далі, вставляючи свій генетичний матеріал у ядерний геном клітини-господаря. Вчені використовують це, замінюючи частину генетичного матеріалу вірусу терапевтичною ДНК або РНК.[24] [25] Подібно до генетичного матеріалу (ДНК або РНК) у вірусах, терапевтичний генетичний матеріал може бути розроблений як тимчасовий, який розкладається природним шляхом, як у неінтегрованих векторах, або потрапляти в ядро хазяїна, стаючи його постійною частиною ядерної ДНК господаря в інфікованих ретровірусом клітинах.[24]

Для генної терапії людини використовувався ряд вірусів, у тому числі ретровіруси, такі як аденовіруси, лентивірус, вірус простого герпесу, коров’ячої віспи та аденоасоційований вірус. Аденовірусні вірусні вектори (Ad) тимчасово змінюють генетичну експресію клітини за допомогою генетичного матеріалу, який не інтегрований у ДНК клітини-хазяїна. Станом на 2017 рік такі вектори використовувалися в 20% випробувань генної терапії. Аденовірусні вектори в основному використовуються в лікуванні раку та нових генетичних вакцинах, таких як вакцина проти лихоманки Ебола, вакцинах, які використовуються в клінічних випробуваннях проти ВІЛ і SARS-Co. V-2, або вакцинах проти раку. Лентивірусні вектори на основі лентивірусу (родина ретровірусів), можуть інтегруватись в ядерний геном клітини для постійної експресії гена, хоча вектори можна модифікувати, щоб запобігти інтеграції. Ретровіруси використовувалися в 18% випробувань до 2018 року. Аденоасоційований вірус (AAV) — це вірус, який не здатний передаватися між клітинами, якщо клітина не інфікована іншим вірусом, вірусом-помічником. Аденовірус і віруси герпесу діють як віруси-помічники для AAV. AAV зберігається в клітині за межами ядерного геному клітини протягом тривалого періоду часу через утворення конкатемерів, які переважно організовані як епісоми. Генетичний матеріал з AAV-векторів інтегрується в ядерний геном клітини-господаря з низькою частотою і, ймовірно, опосередковується ДНК-модифікуючими ферментами клітини-хазяїна. Моделі на тваринах припускають, що інтеграція генетичного матеріалу AAV в ядерний геном клітини-господаря може спричинити гепатоцелюлярну карциному, форму раку печінки. 

Невірусні вектори. Невірусні вектори для генної терапії можуть мати певні переваги перед вірусними методами, такі як великомасштабне виробництво та низька імуногенність господаря. Однак невірусні методи спочатку спричиняли нижчі рівні трансфекції та експресії генів, а отже, меншу терапевтичну ефективність. Новіші технології обіцяють вирішення цих проблем завдяки появі посиленого націлювання на клітини та контролю внутрішньоклітинного розподілу (subcellular trafficking). Методи невірусної генної терапії включають ін’єкцію голої ДНК, електропорацію, генну гармату, сонопорацію, магнітофекцію, використання олігонуклеотидів, ліпоплексів, дендримерів і неорганічних наночастинок.

Лікування. Редагування генів є перспективним підходом до зміни геному людини для лікування генетичних хвороб, серцево-судинних патологій, вірусних захворювань, окнологічних патологій. Також активно досліджується генотерапія когнітивних дисфункції, неврологічних розладів та травм нервової системи. Наприклад, викорисання генотерапії для доставки терапевтичних генів або модуляції експресії генів у певних нейронних ланцюгах, щоб підвищити синаптичну пластичність і сприяти відновленню після травми головного мозку або захворювання. Деякі з найбільш перспективних напрямків дослідження генотерапії включають редагування генів для лікування таких генетичних захворювань, як серпоподібноклітинна анемія та муковісцидоз, а також використання геннотерапії для лікування раку шляхом введення генів, які можуть допомогти імунній системі атакувати ракові клітини. Крім того, дослідники вивчають використання генної терапії для лікування інших захворювань і станів, таких як хвороба Альцгеймера та хвороби серця.

Типи. Використовують два основних типи, що розрізняються природою клітин-мішеней:фетальна генотерапія, при якій чужорідну ДНК вводять у зиготу або ембріон на ранній стадії розвитку, при цьому очікується, що введений матеріал потрапить в усі клітини реципієнта (і навіть у статеві клітини, забезпечивши тим самим передачу наступному поколінню);соматична генотерапія, при якій генетичний матеріал вводять тільки в соматичні клітини і він не передається статевим клітинам. Часто з цією метою використовують аденовіруси, в які інженерно додають необхідні гени, які потрапляють разом з вірусом до клітини і до клітинного ядра, де вмонтовуються в геном цілі.

Кінець. Науковці передбачають, що людство майбутнього ще більше страждатиме від серцево-судинних, онкологічних, ендокринних захворювань, цукрового діабету, психічних патологій, депресій, проблем із репродуктивною функцією та інших розладів, а тому й більше потребуватиме відповідної медичної допомоги. Але так чи інакше, генна терапія в останні роки здійснила потужний прорив вперед. Є надія, що до кінця ще цього десятиліття, біотехнології настільки удосконаляться, що більшість зі спадкових і вірусних захворювань так само відійдуть у історію, як віспа або ж чума…