معلومة

أثناء عملية تصحيح الطفرات عن طريق العلاج الجيني ، هل يتم إزالة الجين المعيب؟


بدأت مؤخرًا في التعرف على العلاج الجيني ، تشرح العديد من المواقع الإلكترونية أنه يمكن إضافة الحمض النووي المصحح إلى الجينوم باستخدام ناقل وكل ذلك. أنا فقط لا أفهم ما يحدث للتسلسل الآخر للقواعد النيتروجينية التي ترمز للبروتين غير الصحيح. ويرجع الفضل في ذلك مسبقا لأية إجابات :)


على وجه التحديد: أنا أتحدث هنا عن العلاج الجيني الجسدي للبالغين وتجارب العلاج الجيني للجينات لا تزال تمثل لغمًا أرضيًا عند النظر في الأسباب الأخلاقية.

الشفرات الجينية المعيبة للبروتين المعيب ، والتي عادة ما تلعب دورًا في المسارات. نظرًا لأن البروتين معيب أيضًا ، فإن هذا المسار يصبح أيضًا معيبًا بسبب هذا البروتين ، وعادةً عندما تتعطل المسارات ، تحدث أشياء سيئة.

هناك ثلاث طرق مستهدفة للعلاج الجيني:

  1. إسكات الجينات بعلاج قليل النوكليوتيد المضاد للحساسية
  2. جراحة الجينوم بواسطة ZFN ، Crispr / Cas9 إلخ ...
  3. استبدال الجينات بالنواقل الفيروسية

الطريقة الوحيدة لتصحيح الجين المعيب هنا هي طريقة جراحة الجينوم. باستخدام Nucleases Zinc Finger Nucleases أو Crispr / Cas9s أو TALENS أو طرق أخرى من هذا القبيل ، يتم تصحيح البروتين المعيب على مستوى الجينوم ، والذي يقوم تلقائيًا بتصحيح mRNA والبروتين ، ويعمل كل شيء كما ينبغي.

طرق أخرى مثل Antisense ، فقط تمنع تكوين البروتين غير الصحيح. هذا مفيد حقًا إذا كان البروتين المعيب هو نفسه سامًا للجسم ، ويمكن الحصول على بروتين بديل عن طريق إخفاء المنطقة المعيبة لإنتاج بروتين مبتور ولكنه وظيفي.

عادةً ما يضع الاستبدال الجيني نسخة صحية من الجين ، تعمل جنبًا إلى جنب مع النسخة المعيبة ، وهذا يحل معظم المشاكل لأن المسار المصاب لم يعد خاملًا ، حيث يتولى البروتين الصحي المسار المعيب. لا يزال يتم إنتاج البروتين المعيب ، ولكنه لا يفعل أي شيء (أو بالأحرى يتم جعله موضع نقاش حيث يتولى البروتين الصحي السيطرة) ويتم إزالته أثناء الصيانة الدورية للخلية.

الآن اعتمادًا على نوع المرض الذي يعاني منه الفرد ، قد يتم استبدال الجينات أيضًا مع خروج الجينات (اعتمادًا على ما إذا كان الجين المعيب سامًا) ، ولكن من الواضح أنه يجب التفكير في العديد من الاعتبارات قبل استخدام العلاج التوافقي (السمية من العلاج نفسه هو الشاغل الرئيسي ، تليها الفعالية عن كثب).

الآن السؤال الواضح مع استبدال الجينات أو مضادات المعنى أو أي شكل آخر من أشكال العلاج الجيني هو كيف نحصل على العامل العلاجي لجميع الخلايا ، ونعم هذا هو التحدي الرئيسي ، ولهذا السبب العلاج الجيني مكلف. لا ، العلاج لا يصحح جميع الخلايا في الأنسجة المصابة ، لكنه يهدف إلى تصحيح غالبية الخلايا ، وهذا من شأنه أن يعيد الوظيفة (على الأقل في حالات الاعتلال العضلي مثل الضمور العضلي)

كما ترون هنا ، في DMD ، يتم تخلط الديستروفين بسبب طفرة يمكننا إما إخفاء الطفرة عن طريق العلاج المضاد للحساسية على مستوى الحمض النووي الريبي (الذي يؤدي إلى تكوين بروتين وظيفي) ، ووضعه في شكل بديل من الديستروفين (صغير). أو الديستروفين الصغير) الذي يتولى وظيفة الديستروفين في الغالب (إذا كنا محظوظين جدًا) من الخلايا ، ويتحسن النمط الظاهري العام للفرد. كما يتم التحقيق في التطورات الحديثة في جراحة الجينوم لتخفيف أعراض المرض. السبب في أنني ركزت على DMD هو أن العلاج الجيني لضمور العضلات هو دكتوراه. لذا اعتذر عن التحيز.


الاضطرابات الجينية والعلاج الجيني

تم العثور على الجينات في الكروموسومات ، وهي وحدات فيزيائية ووظيفية أساسية للوراثة. إنها سلاسل محددة من القواعد التي ترمز لصنع البروتينات. يتم إعطاء الجينات أهمية بسبب البروتينات ، فهي البروتينات التي تؤدي معظم وظائف الحياة. تعمل البروتينات أيضًا على بناء العديد من الهياكل الخلوية لدينا (الاقتباس 4)

عندما يتم تغيير الجينات بحيث تصبح البروتينات المشفرة غير قادرة على أداء وظائفها الطبيعية ، يمكن أن ينتج عن ذلك اضطرابات وراثية. يمكن أن تتشكل هذه التعديلات على عدة مستويات أو مقاييس مختلفة. لا تكون الطفرة النقطية في الجين (أي عندما يتم تغيير نيوكليوتيد واحد عن طريق الخطأ أثناء التوليف) خطيرة عادةً. على سبيل المثال ، مرض الخلايا المنجلية ، وهو استثناء لأنه في الواقع مرض خطير ، ناجم عن طفرة نقطية في سلسلة β-globin من الهيموجلوبين. يتم استبدال حمض الجلوتامين من الأحماض الأمينية المحبة للماء مع حمض أميني فالين مسعور في المركز السادس. تحدث طفرة في الكروموسوم 11. في فقر الدم المنجلي ، تتحول خلايا الدم الحمراء إلى شكل منجل ، مما يتسبب في مشاكل في تدفق الدم والقدرة على حمل الأكسجين. الأشخاص الذين يرثون جين الهيموجلوبين المنجلي من أحد الوالدين والجين الطبيعي من الوالد الآخر لديهم حالة تسمى سمة الخلية المنجلية

يمكن أن تحدث طفرات أخرى على أساس أكبر ، في بعض الأحيان ، على سبيل المثال ، بسبب إضافة نيوكليوتيد إضافي في الجين أو إزالة النيوكليوتيدات. كلاهما يمكن أن يحول إطار قراءة التوليف بأكمله من النقطة التي تمت إزالتها أو إضافتها.

تصنيف الاضطرابات الجينية

يمكن تصنيف الاضطرابات الجينية على أساس:

المستوى 1: اضطرابات الجين الواحد

الاضطرابات التي تحدث عندما تتسبب طفرة في تغيير منتج البروتين لجين واحد أو تمايزه أو فقده.

المستوي 2: شذوذ الكروموسومات

في اضطرابات المستوى 2 ، تكون الكروموسومات الكاملة أو الكاملة أو أجزاء كبيرة من الكروموسومات مفقودة أو مكررة أو متغيرة.

مستوى 3: اضطرابات متعددة العوامل

الاضطرابات متعددة العوامل هي تلك التي تنتج عن طفرات في جينات متعددة. إنها معقدة ، وغالبًا ما تقترن بأسباب بيئية. (الاقتباس 5)

غالبًا ما تكون الاضطرابات الجينية معيقة للحياة. معظمهم موجودون عند الولادة أو في وقت مبكر من الحياة. يؤدي العديد منهم إلى مواقف تهدد الحياة أو إعاقة عقلية أو جسدية أو جنسية ، أو حتى تحولات قاتلة في نهاية المطاف.

ما يجعل الاضطرابات الجينية أكثر سوءًا هو أن بعضها يمكن أن يكون موروثًا ، وهذا يعني أن أفرادًا معينين من السكان يمكن أن يكونوا فقط حاملين لمرض وراثي ، وبالتالي يحملون المرض الوراثي دون التعرض له بالفعل. وهكذا ، يمكن للمرض أن ينتقل دون علم حتى يصيب جيلاً.

ينتشر المرض الجيني على نطاق واسع التليف الكيسي، على سبيل المثال ، هو مرض وراثي يصيب الرئتين والجهاز الهضمي لحوالي 30.000 من الأطفال والبالغين في الولايات المتحدة (70.000 في جميع أنحاء العالم). كان ما يقرب من 83000 طفل ومراهق مصاب بمتلازمة داون يعيشون في الولايات المتحدة في عام 2002. وقد ثبت أن السرطان له سبب وراثي أيضًا ، وكذلك العديد من الاضطرابات الأخرى.

لذا ، فإن السؤال الرئيسي هو: ما الذي يمكن عمله بشأن الاضطرابات الوراثية؟

هذا هو المكان العلاج الجيني يدخل

العلاج الجيني تُعرف بأنها "تقنية لتصحيح الجينات المعيبة المسؤولة عن تطور المرض". (الاقتباس 6)

يشمل العلاج الجيني ، بمعناه الأساسي ، تطبيق العلاج على المستوى الجيني من أجل توفير العلاج أو العلاج للأمراض الوراثية.

هناك عدة أنواع مختلفة من طرق العلاج الجيني. تتضمن إحدى المقاربات الشائعة ببساطة استبدال الجين المعيب بجين جيد باستخدام نواقل تم التلاعب بها ، مثل الفيروسات ، أو حتى الجراحة المجهرية ، باستخدام تقنية النانو. تتضمن طريقة أخرى تعديل الكروموسوم نفسه لإزالة أي جينات معيبة. يمكن "تشغيل" الجينات المسببة للمرض أو إيقاف تشغيلها. يمكن أيضًا أن تتحول الجينات إلى طفرات عكسية إلى الجينات الطبيعية.

ما الذي يميز العلاج الجيني عن أنواع العلاجات الأخرى؟ أولاً ، العلاج الجيني هو حل دائم أكثر. إن إيقاف تشغيل الجين المسبب لمرض ، مثل السرطان ، على سبيل المثال ، سيكون أكثر فعالية من توفير علاجات غير جينية ثابتة للسرطان. كما كتب منشئو موقع "Learning Genetics" التابع لجامعة يوتا ، فإن العلاج الجيني يشبه إصلاح نافذة مكسورة: لدى المرء خيار إما إصلاح النافذة المكسورة بشريط لاصق ، أو وضع نافذة جديدة تمامًا. بطريقة مماثلة ، يمكن أن تشمل العلاجات الجينية استبدال الجين المعيب بالكامل ، وبالتالي منع حدوث أو هدوءات المرض في المستقبل. في حين أن معظم الأساليب القائمة على الأدوية لا تعمل إلا على علاج الأعراض ، فإن العلاج الجيني يوفر طريقة لإصلاح المشكلة من مصدرها (الاقتباس 7).

تصور للعلاج الجيني للخط الجرثومي. في العلاج الجيني للخط الجرثومي ، لاحظ أن الطفل السليم سوف ينقل أيضًا الجينات التصحيحية إلى أطفاله. في نفس الوقت الذي يحظى فيه بفائدة إضافية ، فإن العلاج الجيني للخط الجرثومي مثير للجدل أيضًا وبالتالي ليس بنفس الصرامة

العلاج الجيني الجسدي السابق في الجسم. يتم إجراء العلاج الجيني الجسدي في الغالب عند البشر المتقدمين ويوفر الجين الصحي للمريض فقط. لن يحمل نسله الجين التصحيحي.

نموذج للعلاج الجيني خارج الجسم الحي. يعتبر العلاج الجيني السابق في الجسم أكثر شيوعًا.

يظهر على الجانب الأيسر نهج في الجسم الحي للعلاج الجيني. هنا يتم إدخال الحمض النووي العلاجي مباشرة في المريض. يتم حزم الجين في واحد من عدة أنواع من النواقل ويتم تسليمه بجهاز إلى العضو المستهدف. في الصورة الموضحة ، يتم دمج الجين في بلازميد ويتم توصيله إلى الكبد عبر قسطرة في الوريد البابي.

كما هو موضح على الجانب الأيمن ، يتضمن نهج خارج الجسم الحي حصاد الخلايا من الأنسجة ذات الأهمية ، وتحويلها بجين في المختبر ، وإعادة إدارة الخلايا المعدلة وراثيًا إلى المريض.

شكل كروي يتكون من 500 كيلو بايت مجال غني بالجينات. إنه موجود على الكروموسوم البشري رقم 16. البروتينات ضرورية لعمل البروتينات عندما يتم تصنيع الجينات.

يمكن أن تؤدي عدة أنواع من الطفرات إلى مشاكل في الجين. لاحظ كيف تغير بعض الطفرات تكوين الأحماض الأمينية للبروتين المركب.

الأمراض العصبية الناتجة عن تكرار التضخيم الثلاثي في ​​مناطق موضع الكروموسوم.

سبب مرض وراثي: عدم انفصال الكروموسومات. يظهر الانقسام الاختزالي الطبيعي في A). ب) يظهر عدم الانفصال في الانقسام الاختزالي الأول ، عملية الانقسام الخلوي ، ويظهر (ج) عدم الانفصال في الانقسام الاختزالي الثاني ، المرحلة الثانية من الانقسام الاختزالي.

علاج جيني محتمل صممه وطوره ArmaGen لعبور الحاجز الدموي الدماغي من أجل إنقاذ الأعصاب المحتضرة.

هناك نوعان أساسيان من العلاج الجيني.

العلاج الجيني لخط الجرثومة - يتضمن العلاج الجيني للخط الجرثومي تغيير التركيب الجيني لجين البويضة أو خلية الحيوانات المنوية قبل الإخصاب ، أو تغيير التركيب الجيني لقسيم أرومي خلال مرحلة مبكرة من انقسامه.

  • مزايا - يتم إجراء العلاج الجيني للخط الجرثومي قبل نمو الكائن الحي أو تطوره ، وبالتالي فإن العلاج موروث من قبل الأجيال القادمة من هذا الكائن الحي. أيضًا ، يسمح العلاج الجيني للخط الجرثومي للاندماج الكامل للجين المطلوب في الكائن الحي قبل التنشيط ، وبالتالي ، يتم إزالة أحد العوامل التي تؤثر على الاستجابات المناعية غير المرغوب فيها (للجين).
  • سلبيات - العلاج الجيني للخط الجرثومي مثير للجدل للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب هذه الطبيعة المثيرة للجدل والعوامل المقيدة الأخرى ، لا يتم متابعة العلاج الجيني للخط الجرثومي بشكل كامل من أجل التنمية. ينطوي العلاج الجيني للخط الجرثومي أيضًا على مخاطر عديدة ، مثل هامش الخطأ المحتمل أثناء "زرع" الجين

العلاج الجيني الجسدي - يتضمن العلاج الجيني الجسدي ، على عكس العلاج الجيني للخط الجرثومي ، تغيير الشفرة الجينية أو الكروموسومات لدى الشخص. جسدي الخلايا أو خلايا الجسم. يتم إجراؤه في الغالب في كائنات حية كاملة النمو.


آليات ومخاطر العلاج الجيني

غالبًا ما يصعب علاج الأمراض البشرية التي تنتج عن الطفرات الجينية بالأدوية أو بأشكال العلاج التقليدية الأخرى لأن علامات المرض وأعراضه ناتجة عن تشوهات في جينوم المريض. على سبيل المثال ، قد يكون لدى المريض طفرة جينية تمنع التعبير عن بروتين معين مطلوب للوظيفة الطبيعية لنوع خلية معين. هذا هو الحال في المرضى الذين يعانون من نقص المناعة المشترك الشديد (SCID) ، وهو مرض وراثي يضعف وظيفة بعض خلايا الدم البيضاء الضرورية لجهاز المناعة.

يحاول العلاج الجيني تصحيح التشوهات الجينية عن طريق إدخال جين وظيفي غير مطور في جينوم المريض. يشفر الجين غير المطفر بروتينًا وظيفيًا لن يتمكن المريض من إنتاجه. تُستخدم النواقل الفيروسية مثل الفيروس الغدي أحيانًا لإدخال جزء الجين الوظيفي من الجينوم الفيروسي واستبداله بالجين المطلوب (الشكل 1). تحاول الأشكال الأكثر تقدمًا من العلاج الجيني تصحيح الطفرة في الموقع الأصلي في الجينوم ، كما هو الحال مع علاج SCID.

الشكل 1. يمكن استخدام العلاج الجيني باستخدام ناقلات الفيروسات الغدية لعلاج أو علاج بعض الأمراض الوراثية التي يكون فيها المريض مصابًا بجين معيب. (الائتمان: تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة)

حتى الآن ، أثبتت العلاجات الجينية أنها غير فعالة نسبيًا ، مع استثناءات محتملة للعلاجات التليف الكيسي و نقص الأدينوزين ديميناز، وهو نوع من SCID. أظهرت تجارب أخرى المخاطر الواضحة لمحاولة التلاعب الجيني في الكائنات المعقدة متعددة الخلايا مثل البشر. في بعض المرضى ، استخدام غدي النواقل يمكن أن تؤدي إلى استجابة التهابية غير متوقعة من الجهاز المناعي ، مما قد يؤدي إلى فشل العضو. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الفيروسات يمكن أن تستهدف غالبًا أنواعًا متعددة من الخلايا ، فقد يصيب ناقل الفيروس الخلايا غير المستهدفة للعلاج ، مما يؤدي إلى إتلاف هذه الخلايا الأخرى وربما يؤدي إلى أمراض مثل السرطان. هناك خطر محتمل آخر يتمثل في أن الفيروس المعدل قد يعود إلى كونه معديًا ويسبب المرض لدى المريض. أخيرًا ، هناك خطر من أن الجين المُدخَل يمكن أن يعطل عن غير قصد جينًا مهمًا آخر في جينوم المريض ، مما يؤدي إلى تعطيل دورة الخلية الطبيعية وربما يؤدي إلى تكوين الورم والسرطان. لأن العلاج الجيني ينطوي على الكثير من المخاطر ، فإن المرشحين للعلاج الجيني يحتاجون إلى أن يكونوا على دراية كاملة بهذه المخاطر المخاطر قبل تقديمه موافقة مسبقة للخضوع للعلاج.

العلاج الجيني ذهب بشكل خاطئ

تم إدراك مخاطر العلاج الجيني في حالة جيسي عام 1999 جيلسنجر، مريض يبلغ من العمر 18 عامًا تلقى العلاج الجيني كجزء من تجربة إكلينيكية في جامعة بنسلفانيا. تلقى جيسي العلاج الجيني لحالة تسمى نقص أورنيثين ترانسكارباميلاز (OTC)مما يؤدي إلى تراكم الأمونيا في الدم نتيجة قصور معالجة الأمونيا. بعد أربعة أيام من العلاج ، توفي جيسي بعد استجابة مناعية هائلة لناقل الفيروس الغدي. [1]

حتى تلك النقطة ، لم يكن الباحثون يعتبرون حقًا الاستجابة المناعية للناقل خطرًا مشروعًا ، ولكن في التحقيق ، يبدو أن الباحثين لديهم بعض الأدلة التي تشير إلى أن هذه كانت نتيجة محتملة. قبل علاج جيسي ، عانى العديد من المرضى الآخرين من آثار جانبية للعلاج ، ومات ثلاثة قرود استخدمت في التجربة نتيجة للالتهاب واضطرابات التخثر. على الرغم من هذه المعلومات ، يبدو أنه لم يتم إبلاغ جيسي ولا عائلته بهذه النتائج عندما وافقوا على العلاج. كانت وفاة جيسي أول وفاة مريض بسبب العلاج الجيني وأدت إلى الوقف الفوري للتجربة السريرية التي شارك فيها ، والتوقف اللاحق لجميع تجارب العلاج الجيني الأخرى في جامعة بنسلفانيا ، والتحقيق في جميع التجارب الأخرى. تجارب العلاج الجيني في الولايات المتحدة. نتيجة لذلك ، تمت إعادة فحص التنظيم والإشراف على العلاج الجيني بشكل عام ، مما أدى إلى بروتوكولات تنظيمية جديدة لا تزال سارية حتى اليوم.

فكر في الأمر


الطريق إلى العلاج الجيني الجديد: 7 خطوات إلى IND

مع موافقة إدارة الغذاء والدواء الثلاثية على العلاج الجيني في عام 2017 ، فتحت أبواب الابتكار. تسعى شركات الأدوية والتكنولوجيا الحيوية إلى الاستفادة من نهج علاجي ثوري كان يعتبر في السابق محفوفًا بالمخاطر. مع النتائج السريرية الواعدة من العلاجات الجينية المبكرة ، يتم تحرير أموال رأس المال الاستثماري أخيرًا لتمكين هذا الجيل القادم المثير من الطب.

ومع ذلك ، فحتى برامج العلاج الجيني الأكثر تمويلًا هي برامج معقدة للغاية بحيث يمكن التنقل فيها من خلال التطور قبل السريري. ربما تكون اختبارات السلامة والفعالية هذه ، المطلوبة قبل دراسة الأدوية على البشر ، هي المرحلة الأكثر خطورة في عملية التطوير بأكملها. يجب على شركات الأدوية تصميم دراسات تثبت ، ببيانات صحيحة ، أن العلاج آمن وفعال قبل أن يراه المنظمون مناسبًا للجرعات في المرضى.

لا يمكن أن تكون المخاطر أكبر. اعتمادًا على نتائج دراسات السلامة والتوزيع البيولوجي قبل السريرية ، ستنتقل العلاجات الجينية الاستقصائية إما إلى المرحلة النهائية من مراجعة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية أو أنها ستتلاشى ، مما يؤدي إلى عودة العلماء إلى المربع الأول.

تجري Lovelace Biomedical دراسات تتعلق بالسلامة والتوزيع الحيوي على العلاجات الجينية الاستقصائية لأكثر من عقد من الزمان ، مما يجعلها واحدة من أطول برامج العلاج الجيني في البلاد في مجال ما قبل السريرية. من خلال مشاريع العلاج الجيني الحديثة في التليف الكيسي ومرض بومبي ومجموعة متنوعة من الاضطرابات النادرة الأخرى ذات الحاجة الماسة للمريض ، يتفهم فريق لوفليس الفروق الدقيقة في تصميم وتنفيذ برنامج ما قبل الإكلينيكي يدعم تقديم IND الذي يجيب على جميع الأسئلة التنظيمية.
هنا ، مع مدخلات من فريق العلاج الجيني Lovelace ، نقدم نظرة داخلية على الخطوات التي يجب على معظم رعاة الأدوية اتخاذها أثناء تقدمهم في العلاج الجيني المحتمل من خلال الدراسات قبل السريرية للحصول على موافقة تنظيمية نهائية. هناك شيء واحد واضح: لا يوجد مسار لقطع ملفات تعريف الارتباط لمنتجات العلاج الجيني. في فضاء علاجي ناشئ ، تتطلب كل خطوة نهجًا مخصصًا ومستنيرًا للغاية.

& # 8220 أعتقد أن العلاج الجيني سيصبح الدعامة الأساسية في العلاج ، وربما علاج العديد من أمراضنا الأكثر تدميراً واستعصاءً. & # 8221 سكوت جوتليب ، دكتور في الطب & # 8211 مفوض إدارة الغذاء والدواء ، ديسمبر 2017

01 - اختر متجهًا
كيف سيتم تسليم الحمض النووي التصحيحي في جوهر العلاج الجيني إلى خلايا المرضى؟ عادة ، يكون الجواب من خلال فيروس. تُستخدم فيروسات Adeno المرتبطة (AAV) والفيروسات الغدية والفيروسات البطيئة بشكل شائع كناقلات لتوصيل الدواء. يتوقف هذا الاختيار على النهج العلاجي: توفر نواقل AAV تعبيرًا جينيًا طويل المدى وأنواعًا فرعية تحدث بشكل طبيعي (الأنماط المصلية) ، مما يسمح ببعض خصوصية الأنسجة المستهدفة. قد تكون نواقل الفيروس الغدي هي الأمثل عندما يكون التعبير الجيني قصير المدى هو الهدف. وغالبًا ما تستخدم الفيروسات البطيئة لنقل المادة الوراثية إلى خلايا المريض في المزرعة (نخاع العظام أو خلايا الدم) التي يتم حقنها لاحقًا في المريض كعلاج لعلاج نقص المناعة أو فقر الدم المنجلي.

تشمل الأنماط الأخرى لإيصال الجينات الجسيمات الشحمية (الجسيمات الدهنية) والجسيمات النانوية التي يمكن هندستها لاستهداف أنواع خلايا معينة للتسليم. الميزة في هذه هي أنها لا تنتج استجابات مناعية مرتبطة باستخدام ناقلات الفيروس.

يقول جيك ماكدونالد ، كبير المسؤولين العلميين في لوفليس ، "عليك أن تصل الناقل إلى النسيج ، وتقنع الخلايا بدمج الناقل ، ثم تحصل على المادة الجينية للتعبير عن الجين". "بالنسبة لمعظم العلاجات الجينية قيد التطوير ، والتي تسعى إلى توفير علاج علاجي للحالات الوراثية ، فأنت تريد من المرضى التعبير عن هذا الجين لبقية حياتهم."

02 - تحديد مسار وتوقيت الإدارة
يعتمد مسار إعطاء الدواء على العضو أو الأنسجة المستهدفة حيث يتم التعبير عن الجين المعيب. على سبيل المثال ، مع العلاجات العينية أو المفصلية أو الموجهة من الدماغ ، يتم توصيل الناقل مباشرة إلى العين أو المفصل أو الدماغ أو السائل الشوكي. في حالة مرض بومبي ، الذي يتلف العضلات والخلايا العصبية في جميع أنحاء الجسم ، يتم إعطاء الناقل إما عن طريق الوريد أو في الحجاب الحاجز أو عضلات الهيكل العظمي. بالنسبة لعلاجات القلب ، يمكن إعطاء الدواء عن طريق قسطرة في الأوعية التاجية ، أو يوضع مباشرة على سطح القلب. بالنسبة لنقص Alpha-1 antitrypsin ، وهو اضطراب وراثي يؤدي إلى مشاكل في الرئة والكبد ، يتم إعطاء الناقل عن طريق الوريد أو في الفراغ الجنبي بين الضلوع والرئة.

بالنسبة لتوقيت العلاج ، فهذا أيضًا اعتبار مهم للدراسات قبل السريرية. بالنسبة للأمراض الموروثة ، من الأفضل توصيل الدواء للجنين أو الرضيع في أسرع وقت ممكن بعد التشخيص. ومع ذلك ، مع استثناءات قليلة ، تطلب إدارة الغذاء والدواء الأمريكية إجراء اختبار على البالغين أو الأطفال بعمر 12 عامًا على الأقل قبل السماح بالولادة للرضع أو الأطفال الصغار.

قال ماكدونالد: "هذه القرارات حاسمة ، لأن المرضى لديهم فرصة واحدة فقط للعلاج الجيني". بعد أن يتعرض الجسم للمادة الوراثية الجديدة مرة ثانية ، سيرفضها جهاز المناعة. هناك تقنيات جديدة قيد التطوير قد تتجنب هذا التحدي ، ولكن هذا هو الوضع حتى الآن ".

03 - تقييم التوزيع الحيوي
وباستثناء الحالات التي يتم فيها إعطاء الناقلات إلى أماكن مؤمنة مثل العين أو المفصل ، فقد أظهرت التجربة أن العلاج الجيني سينتشر في المواقع غير المستهدفة. ومع ذلك ، يمكن تقليل هذا التأثير غير المرغوب فيه عن طريق دمج "المحفزات" داخل الناقل للحد من التعبير الجيني أو التحكم فيه. بعض المحفزات الفريدة لديها حساسية للضوء أو توتر الأكسجين للتحكم في التعبير الجيني. مع مرض بومبي ، يحد المروج الخاص بـ desmin من التعبير لمجموعة محدودة من الأنسجة ، بما في ذلك العضلات ، على الرغم من أن ناقل AAV يتوزع عبر الدم إلى معظم أنسجة الجسم.

04 - اختر الأنواع للدراسة
يعد اختيار نوع للاختبار قبل السريري للعلاجات الجينية أحد أكثر القرارات تحديًا في تصميم الدراسة. وذلك لأن معظم العلاجات الجينية تسعى إلى علاج الأمراض النادرة ، والتي قد يكون من الصعب أو المستحيل تكرارها في الحيوان.

ستحتوي بعض النماذج على طفرة تحدث بشكل طبيعي ، بينما يتم تعديل البعض الآخر وراثيًا (كما هو موضح في نموذج GAA لمرض بومبي أو نموذج ساندوف الفأري لمرض تاي ساكس). يمكن تطوير نماذج حيوانية كيميائيًا ، كما هو الحال مع هشاشة العظام التي يسببها اليودو أسيتات ، أو من خلال الوسائل الفيزيائية ، كما هو الحال مع فشل القلب في الخنازير الناجم عن انسداد الأوعية الدموية أو الانظام الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك ، يجوز للراعي إجراء دراسات في المختبر لإثبات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) أن علاجًا معينًا سيتم تناوله بواسطة خلايا من النوع المختار بطريقة مشابهة لامتصاص الخلايا البشرية ، أو أن المستقبلات المستهدفة في الخلايا البشرية هي أيضًا موجودة في الأنواع الحيوانية.

قال ماكدونالد: "يمكن أن يكون هناك العديد من المضاعفات التي تؤثر على قرار الجهة الراعية للعقار هنا". "أنت تنقل جينًا بشريًا إلى حيوان. وقد يستجيب الحيوان أو لا يستجيب للبروتين البشري بنفس الطريقة التي يستجيب بها لبروتين من نوعه. هذا هو أحد الأسباب التي قد تجعل الشركة تقرر تقييم علاجها في نوعين ، مثل الفئران والرئيسيات غير البشرية ".
يجب تبرير الأساس المنطقي للأنواع المستخدمة في حزمة ما قبل IND وفي IND - وهذا شيء يجلب لوفليس رؤيته الواسعة. على سبيل المثال ، في حين أن الرئيسيات غير البشرية يمكن أن تعمل كنموذج مرض لظروف معينة ، فإن العديد من الرئيسيات لديها بشكل طبيعي مستوى معين من الأجسام المضادة المعادلة للناقل الذي يستخدم لتقديم العلاج الجيني - مما يعني أن الحيوان لن يظهر أي استجابة للعلاج الجيني. لهذا السبب ، يجب فحص جميع الرئيسيات غير البشرية مسبقًا.

في هذه المرحلة من البحث ، من الضروري أن يكون لديك أفضل المواهب البيطرية إلى جانبك. عند قياس المرض والاستجابة للعلاج في نموذج حيواني ، يجب أن يكون الفريق قادرًا على التمييز بين المرض نفسه والآثار السمية للعلاج ، الأمر الذي يتطلب مهارة وخبرة. في بعض الحالات ، يقوم العلماء بتقييم الفعالية والأمان في نفس الوقت وفي نفس النموذج.

05 - صياغة تصميم الدراسة
يتم أخذ العديد من العوامل في الاعتبار عند تصميم الدراسة قبل السريرية ، من عدد مجموعات الجرعات ، وعدد الحيوانات لكل مجموعة جرعة ، وأنواع الضوابط ، وعدد نقاط نقطة النهاية لأخذ العينات. ما لم يحدث مرض وراثي في ​​جنس واحد فقط ، يتم تضمين كلا الجنسين في دراسات السلامة والتوزيع البيولوجي. في معظم الحالات ، يتم استخدام جرعتين على الأقل من ناقلات الأمراض. يتم تضمين نقاط زمنية متعددة لأخذ العينات ، بدءًا من النقطة التي يصل فيها التعبير المتجه إلى الذروة (عادةً من 7 إلى 14 يومًا) ويمتد لعدة أشهر إلى سنة واحدة.

06 - حدد النقاط النهائية الحاسمة
تشمل نقاط النهاية الشائعة لدراسة العلاج الجيني: وزن الجسم ، والعلامات السريرية ، وأمراض الدم ، وكيمياء المصل ، والتوزيع الحيوي لناقلات (كما تم تقييمه بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل) ، والتعبير الجيني في الأنسجة المستهدفة وفي الأنسجة التي تحتوي على تركيز كبير محدد مسبقًا من قفيصة ناقل (القشرة) من الفيروس) ، تحييد الأجسام المضادة في مصل الدم لبروتين القفيصة والجينات المحورة ، والاستجابات المناعية (بوساطة الخلايا التائية لبروتين القفيصة والبروتين المعبر عنه) ، والتشريح المرضي (والكيمياء المناعية للتقييم المجهري للتعبير الجيني). قد يتم تضمين نقاط نهاية أخرى ، اعتمادًا على المرض. نقطة رئيسية أخرى يجب ملاحظتها هنا: إذا كانت الجهة الراعية للأدوية ستسعى للحصول على موافقة تنظيمية في أوروبا ، فقد تكون هناك حاجة إلى خطوة إضافية لتقييم تركيز النواقل في سوائل الجسم والفضلات لتحديد التخلص.

07 - استعد للصناعة
بعد تقييم النتائج قبل السريرية باستخدام أحدث أدوات التحليل الحيوي وإعداد التقارير ، حان الوقت لإكمال تطبيق IND - إظهار البيانات القوية التي تشير إلى أن الدواء جاهز للاختبار على المرضى. يتم إجراء جميع دراسات السلامة قبل السريرية للعلاجات الجينية وفقًا لإرشادات الممارسات المختبرية الجيدة (GLP). يتم تقديم تقرير نهائي مدقق مع بيانات موجزة وإحصاءات وملاحق تحتوي على تقارير العلماء المساهمة وبيانات الحيوانات الفردية إلى الراعي لإدراجها في حزمة IND.


مقدمة

ثلاسيميا بيتا (β-thal) ومرض الخلايا المنجلية (SCD) ، وهما من أكثر الأمراض الوراثية شيوعًا ، يحدثان بسبب طفرات في HBB الجين الذي يشفر الشكل التالي للولادة للوحدة الفرعية بيتا للهيموغلوبين. بعد الولادة ، تحتوي رباعيات الهيموجلوبين على وحدتين من وحدات ألفا الفرعية واثنين من جلوبين بيتا المشفرة بواسطة HBB الجين الذي يتم التعبير عنه حديثي الولادة وبعده. قبل ذلك ، تم ترميز بيتا globins بواسطة أحد الاثنين HBG الجينات التي يتم التعبير عنها خلال مرحلة الجنين وعادة ما يتم إسكاتها بعد الولادة. بينما تحدث طفرة نقطية في الكودون 6 (GأG & GT GتيG ، مما أدى إلى استبدال حمض الجلوتاميك بحمض أميني فالين) في HBB الجين يخلق سمة SCD ، طفرات مختلفة في HBB ينتج عن الجين الناتج عن انخفاض أو عدم وجود بروتين HBB يسبب β-thal بدءًا من الطفولة المبكرة. أكثر من 200 نوع مختلف من الطفرات في HBB تم التعرف على الجين في المرضى الذين يعانون من β-thal ، والتي يمكن أن توجد في أي مكان داخل قطعة الحمض النووي ∼1600 basepair (bp) التي تحتوي على exons الثلاثة للتشفير ، ومواقع الربط ، والعناصر التنظيمية الأخرى 1. المرضى الذين يعانون من طفرات في كليهما HBB الأليلات التي تقلل بشكل كبير من إنتاج بروتين HBB (تسمى β-thal major أو فقر الدم Cooley) تعاني من فقر الدم الشديد وتشوهات الهيكل العظمي ، ولها مستوى مرتفع من الوفيات أو تقصر متوسط ​​العمر المتوقع إذا تركت دون علاج 1. وبالمثل ، فإن المرضى الذين يحملون نسختين من داء السكري من النوعين HBB الطفرة ، أو طفرة SCD متغايرة الزيجوت بالإضافة إلى نسخة من طفرة β-thal الشديدة ستؤدي إلى خلل في بروتين HBB الذي يعيق وظائف الهيموغلوبين 1.

على الرغم من أن النقل المزمن لخلايا الدم الحمراء وبعض الجزيئات الصغيرة يخفف من أعراض β-thal و SCD ، فمن المستحسن للغاية تطوير علاج لعلاج هذه الأمراض أحادية الجين بسبب HBB الطفرات الجينية. زرع نخاع العظم (BMT) باستخدام الخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) من متبرع خيفي من النوع البري HBB تم استكشاف الجين في العقود العديدة الماضية لعلاج β-thal و SCD. على الرغم من نجاحها في بعض الحالات ، إلا أن تقنية زرع النخاع العظمي محدودة بسبب مرض الكسب غير المشروع مقابل المضيف ونقص المتبرعين المتطابقين المناعي الذين لا علاقة لهم بالمرضى المعالجين 2. نهج بديل هو إدراج نسخة وظيفية من HBB الجين في HSCs للمريض متبوعًا بـ BMT. في العقود الماضية ، تغلب العلماء على العديد من العقبات في التسليم الفعال لنسخة وظيفية من HBB الجين خارج الجسم الحي في الخلايا الجذعية السرطانية البشرية ، والتي ستكون موطنًا لنخاع المريض ، وتتمايز إلى خلايا الدم الحمراء وتعبر عن مستوى عالٍ من العناصر المضافة HBB الجين 2 ، 3. في الوقت الحالي ، يعتمد أفضل نهج متطور للعلاج الجيني لعلاج مرضى بيتا-ثال و داء الكريّات المنجلية على استخدام ناقلات الفيروسات البطيئة المُدخلة للجينوم والتي تحمل الجينوم. HBB أو ذات الصلة HBG تسلسل الترميز (CDS) بالإضافة إلى العناصر التنظيمية المختصرة ، وإدخالها بشكل دائم في جينوم الخلايا الجذعية السرطانية الذاتية 2-4. على الرغم من أن التجارب السريرية الجارية ستحدد في النهاية توازن الفعالية والمخاطر الخاصة بمعالجة مرضى بيتا ثال و SCD ، فإن الطبيعة غير القابلة للسيطرة لإدخال ناقلات الفيروس البطيئة التي تفضل مناطق الترميز هي دائمًا مخاطر محتملة خاصة على المدى الطويل 2-7. في السنوات الأخيرة ، عاد العلماء لتحقيق تحرير دقيق للجينوم عبر الإصلاح الموجه بالتماثل (HDR) لـ a HBB الطفرة التي تم اكتشافها منذ عام 1985 ولكن بكفاءة منخفضة جدًا (10 6) 7 ، 8.

أدت التطورات الأخيرة في النيوكليزات المهندسة التي تقوم بفصل الحمض النووي المزدوج الشريطة (DSB) إلى تحسين قدرتنا بشكل كبير على تحقيق HDR وأشكال أخرى من إصلاح الحمض النووي وإعادة التركيب في الخلايا البشرية غير المحولة. بالإضافة إلى توافر الخلايا الجذعية البشرية الخالدة التي تؤوي HBB الطفرات مع القدرة على التمايز إلى كريات الدم الحمراء تسرع بشكل كبير في تطوير التصحيح الوظيفي HBB الطفرات. منذ عام 2008 ، أصبح من الممكن إنتاج خلايا جذعية مستحثة بشريًا (iPSCs) من مرضى β-thal و SCD التي لها خصائص فريدة من نوعها. HBB الطفرات 9-12. خلال هذا الوقت ، تم أيضًا تطوير أنظمة نوكليازات هندسية مثل نوكليازات إصبع الزنك ، ونوكليازات النسخ مثل المستجيب ، وأنظمة التكرارات القصيرة المتباعدة المنتظمة (CRISPR) / Cas لتحسين HDR وتحقيق تحرير الجينوم الدقيق لتصحيح HBB طفرة في iPSCs 6-8. على الرغم من أن كفاءة HDR لا تزال منخفضة نسبيًا (& lt1٪) في الخلايا غير المحولة ، يمكن اختيار الحيوانات المستنسخة النادرة من iPSCs بعد تصحيح الجينات بوساطة HDR وتمييزها وتوسيعها على نطاق واسع. بمساعدة نوكليازات تم التحقق من صحتها تستهدف مواقع محددة من مختلف أنواع محددة HBB الطفرات ، التصحيح الجيني الدقيق لطفرة نقطة SCD في إكسون 1 ، حذف TCTT في إكسون 2 ، أو طفرة IVS2-654 في إنترون 2 تم تحقيقها عندما تم تحقيق قالب DNA المتبرع المحدد لكل نوع HBB يتم توفير طفرة أيضا 13-23. أصبحت سهولة ومتانة نظام CRISPR / Cas9 الخيار المفضل في السنوات الأخيرة لصنع DSB محدد في HBB موضع وتحقيق HDR لتصحيح ملف HBB طفرة جينية 17-23.

للتطبيقات السريرية المستقبلية لتصحيح مختلف HBB الطفرات ، من المستحسن للغاية تطوير استراتيجية عالمية لتصحيح معظم إن لم يكن كل أنواع & gt200 HBB الطفرات باستخدام RNAs الإرشادية CRISPR التي تم التحقق من صحتها وقالب DNA المتبرع واحد لـ HDR. لتوفير إثبات المبدأ ، قمنا بتطوير استراتيجية لاستخدام اثنين من RNAs دليلي تم التحقق من صحتها (الاستهداف في HBB exon 1 و 3′-un-Translated region (UTR)) وقالب DNA يوفر جميع ملفات HBB CDS. بهذه الطريقة ، سيوفر حدث HDR بالقرب من دليل RNA تصحيحًا وظيفيًا لـ HBB mutations not only in exon 1, but also exon 2 and 3 or any downstream sites. We used iPSC lines from two transfusion-dependent β-thal patients with HBB mutations in exon 2 and intron 2 as well as an exon 1 mutation to test this new and more universal strategy. To provide a simple readout, we linked a GFP reporter gene downstream to the HBB coding cDNA via the 2A self-cleaving peptide so that the GFP reporter expression is indicative of the HBB expression from the same transcript and pro-peptide. Our data provide evidence that this universal approach is able to correct various HBB gene mutations and restore HBB protein production. In addition, it provides an experimental system to screen bioactive molecules and to improve HBB protein expression in iPSC-derived erythrocytes based on coexpression of GFP reporter.


Gene therapy of hematological disorders: current challenges

Recent advances in genetic engineering technology and stem cell biology have spurred great interest in developing gene therapies for hereditary, as well as acquired hematological disorders. Currently, hematopoietic stem cell transplantation is used to cure disorders such as hemoglobinopathies and primary immunodeficiencies however, this method is limited by the availability of immune-matched donors. Using autologous cells coupled with genome editing bypasses this limitation and therefore became the focus of many research groups aiming to develop efficient and safe genomic modification. Hence, gene therapy research has witnessed a noticeable growth in recent years with numerous successful achievements however, several challenges have to be overcome before gene therapy becomes widely available for patients. In this review, I discuss tools used in gene therapy for hematological disorders, choices of target cells, and delivery vehicles with emphasis on current hurdles and attempts to solve them, and present examples of successful clinical trials to give a glimpse of current progress.


Gene therapy techniques

There are several techniques for carrying out gene therapy. وتشمل هذه:

Gene augmentation therapy

  • This is used to treat diseases caused by a mutation that stops a gene from producing a functioning product, such as a protein.
  • This therapy adds DNA containing a functional version of the lost gene back into the cell.
  • The new gene produces a functioning product at sufficient levels to replace the protein that was originally missing.
  • This is only successful if the effects of the disease are reversible or have not resulted in lasting damage to the body.
  • For example, this can be used to treat loss of function disorders such as cystic fibrosis by introducing a functional copy of the gene to correct the disease (see illustration below).

Gene inhibition therapy

  • Suitable for the treatment of infectious diseases, cancer and inherited disease caused by inappropriate gene activity.
  • The aim is to introduce a gene whose product either:
    • inhibits the expression of another gene
    • interferes with the activity of the product of another gene.

    Killing of specific cells

    • Suitable for diseases such as cancer that can be treated by destroying certain groups of cells.
    • The aim is to insert DNA into a diseased cell that causes that cell to die.
    • This can be achieved in one of two ways:
      • the inserted DNA contains a “suicide” gene that produces a highly toxic product which kills the diseased cell
      • the inserted DNA causes expression of a protein that marks the cells so that the diseased cells are attacked by the body’s natural immune system.


      Gene Therapy for Beta-Hemoglobinopathies: Milestones, New Therapies and Challenges

      Inherited monogenic disorders such as beta-hemoglobinopathies (BH) are fitting candidates for treatment via gene therapy by gene transfer or gene editing. The reported safety and efficacy of lentiviral vectors in preclinical studies have led to the development of several clinical trials for the addition of a functional beta-globin gene. Across trials, dozens of transfusion-dependent patients with sickle cell disease (SCD) and transfusion-dependent beta-thalassemia (TDT) have been treated via gene therapy and have achieved reduced transfusion requirements. While overall results are encouraging, the outcomes appear to be strongly influenced by the level of lentiviral integration in transduced cells after engraftment, as well as the underlying genotype resulting in thalassemia. In addition, the method of procurement of hematopoietic stem cells can affect their quality and thus the outcome of gene therapy both in SCD and TDT. This suggests that new studies aimed at maximizing the number of corrected cells with long-term self-renewal potential are crucial to ensure successful treatment for every patient. Recent advancements in gene transfer and bone marrow transplantation have improved the success of this approach, and the results obtained by using these strategies demonstrated significant improvement of gene transfer outcome in patients. The advent of new gene-editing technologies has suggested additional therapeutic options. These are primarily focused on correcting the defective beta-globin gene or editing the expression of genes or genomic segments that regulate fetal hemoglobin synthesis. In this review, we aim to establish the potential benefits of gene therapy for BH, to summarize the status of the ongoing trials, and to discuss the possible improvement or direction for future treatments.


      الاستنتاجات ووجهات النظر

      The last few decades witnessed a revolution in the development and application of gene therapy. There is currently no doubt that gene modification approaches have turned into a valuable biotechnology and therapeutic tool. New and safer vector designs along with a better comprehension of vectors biology led to successful utilization of these valuable tools in several clinical contexts now. The success of retro and lentivirus-based gene therapies helped to turn gene therapy into a solid and flourishing field. Non-viral integrative vectors, such as transposons, have the potential to extend this success story, hopefully making gene therapy approaches more straightforward, simple and cost-effective.

      The newly developed genome-editing technologies such as zinc finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs) and Clustered regularly-interspaced short palindromic repeats (CRISPRs) represent the most recent tools for genetic manipulation. Even if clinical safety of these tools are still to be clarified and there is undoubtedly still room for the improvement of such approaches, the ability to edit specific genome sequences could revolutionize the whole cell biology, biotechnology, cell engineering and gene therapy areas. Such tools may allow approaches such as add back of gene function, site-directed gene corrections and gene replacements, impacting activities such as animal transgenesis and the incipient logic-systems and biological fields. Hopefully the combination of gene delivery approaches such as those described in this review with the new gene editing tools will turn gene therapy into a more effective and curative approach.


      شاهد الفيديو: Dirty nail is not healthy (كانون الثاني 2022).