Gentherapie nu en in de toekomst

Veel bekende, chronische ziektes kennen vaak een erfelijke oorzaak. Doordat bij erfelijke ziektes de oorzaak vast ligt in de genen is behandeling vaak moeilijk. In de toekomst zal het echter mogelijk zijn om deze ziektes te voorkomen of te genezen door het opzoeken van het gemuteerde of schadelijke gen in het DNA. Er worden 2 soorten studies uitgevoerd naar de mogelijkheden van gentherapie: 1. ex vivo 2. in vivo

Gentherapie en onderzoek Cystische Fibrose

In Nederland leiden ongeveer 1300 mensen aan taaislijm ziekte, of wel Cystische Fibrose. Recent onderzoek heeft ertoe geleid dat we meer kennis hebben over het ontstaan van Cystische Fibrose. Dit heeft er toe geleid dat Cystische Fibrose, nu wordt toegekend aan een afwijking in het CTFR-gen.

Met het oog op toekomstige ontwikkelingen, kan gentherapie hier uitkomst in brengen in zowel behandeling als preventie als in de diagnose van de taaislijm ziekte. De theorie van gentherapie in dit voorbeeld, is dat specifieke genen gemodificeerd kunnen worden. De ziekte is dan te genezen omdat de genen die CF tot expressie brengen veranderd worden in gezonde genen

Andere voorbeelden toepassing gentherapie

Behalve voor cystische fibrose kan gentherapie in de toekomst ook ten goede komen van de behandeling van kanker. Tumoren zijn het resultaat van beschadigingen/mutaties in het DNA waardoor een cel zich ongecontroleerd kan gaan delen. Door de toepassing van gentherapie zijn deze beschadigde stukken DNA te repareren. Vanwege de complexheid van het ontstaan van bepaalde tumoren, in sommige gevallen zijn er een breed scala van mutaties nodig, zal dit langer op zich laten wachten dan de behandeling van CF. In sommige gevallen is behandeling extra complex doordat virussen een rol spelen in de ontwikkeling van de tumor. Denk hierbij bijvoorbeeld aan het baarmoederhals kanker vaccin.

Erfelijke kanker is mogelijk eerder behandelbaar. Er zijn inmiddels diverse genen in kaart gebracht die bij kunnen dragen aan de ontwikkeling van bepaalde kanker soorten, voorbeelden hiervan zijn bepaalde vormen van borstkanker en eierstokkanker. Een vergelijkbare therapie als beschreven onder "cystische fibrose" aan het begin van dit artikel zou hier in de toekomst mogelijk uitkomst kunnen bieden.

Ook arthritis, neurodegeneratieve afwijkingen en perivasculaire aandoeningen kunnen in de toekomst mogelijk behandeld gaan worden door gentherapie toepassingen. Ook andere toepassing zoals de behandeling van arteriële re-stenose en HIV zijn in de belangstelling komen te staan. Laatst genoemde zal door de complexheid en het snelle muteren van HIV mogelijk lastiger worden. Wel kan er gedacht worden aan het aanpassen van mens eigen cellen. Zo zijn er genen in kaart gebracht die voorkomen dat mensen ziek worden van HIV. Deze genen zouden de vroegere bewoners van west-europa die tijdens de jaren dat de pest huis hield leefden, hebben beschermd tegen de pest.

[H[Cystische Fiborse als onderzoek[/H]

Er wordt veel onderzoek gedaan naar CF als eerste toepassing van gentherapie. Het zogenaamde HUGO-project identificeert het gehele menselijke genoom. Wanneer het project gereed is zijn genen in kaart gebracht die een rol spelen bij de ontwikkeling van bepaalde ziekten. Om behandeling vervolgens mogelijk te maken zijn het in kaart brengen van de zogenaamde transfer (het verplaatsen van DNA buiten de cel, de cel in) en de expressie (tot uiting komen) van het gen essentieel.

Voor onderzoek ten behoeve van gentherapie voor patiënten van cystische fibrose, moeten allereerst de volgende aspecten verhelderd worden:

• De pathogenese van de aandoening
• De doelcellen van de gentherapie
• Gen identificatie en klonering van genen die relevant zijn voor de aandoening
• Gentransport (transfer) en –expressie;
• Mogelijke bijwerkingen van de gentherapie

Studie hiernaar verloopt:

• 1. ex vivo, dit is de transfer van genetisch materiaal naar cellen die buiten de patiënt zijn. Na de transfer van het genetisch materiaal worden deze cellen weer geïmplanteerd bij de patiënt.
• 2. in vivo, is transfering van genetisch materiaal naar cellen die in de patiënt gelegen zijn zoals dit ook het geval is bij cystic fibrosis.

Gebruik van vectoren:

Om het gen in de doelcellen te krijgen, wordt er in gentherapie gebruik gemaakt van (virale) vectoren. Een vector is dus eigenlijk een vehiculum voor het gen. Zoals eerder gezegd zijn er virale en non-virale vectoren beschikbaar.

• 1. Virale vectoren: virale vectoren behoren tot de meest gebruikte vectoren in de (experimentele) gentherapie. Er zijn diverse virussen die als vector gebruikt kunnen worden. De meest gebruikte virale vectoren zijn: adenovirussen, retrovirussen, adeno-associated virussen (AAV) en herpes simplexvirus (HSV). Deze genoemde virussen zijn echter van nature ziekte verwekkers. Om te voorkomen dat het virus de patiënt ziek maakt, dient het virus bewerkt te worden, vaak door het verwijderen van het zogenaamde E1 gen, welke er voor zorgt dat het virus zich kan delen. Door dit gen te verwijderen word niet alleen voorkomen dat het virus zich deelt buiten de in het laboratorium gebruikte cel-lijn, er onstaat ook ruimte om het "hele" gen in te bouwen. Een nadeel is dat virale vectoren zeker wanneer zij in grotere hoeveelheden toegediend worden, voor immuun reacties zorgen en er vaak al van nature een bepaalde hoeveelheid antilichaam aanwezig is tegen het virus.
• 2. Non-virale vectoren: voor de ontwikkeling van de virale vectoren lag het accent van het vectoronderzoek bij de non-virale vectoren. Ondanks een verschuiving in de richting van de virale vectoren wordt veel onderzoek gedaan naar de non-virale vectoren. Voor deze methode geldt echter dat de efficiëntie van DNA transfer nog erg laag is als dit wordt vergeleken met dat van virale vectoren. Een mogelijk voordeel van non-virale vectoren is dat zij mogelijk minder bijwerkingen geven omdat zij niet of in verminderde mate immuunreacties te weeg brengen. Non-virale vectoren kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: de in vitro en de in vivo -, en in vitro toepasbare non-virale vectoren. Voorbeelden van de alleen in vitro toepasbare non-virale vectoren zijn: 1. Calcimfosfaat transfectie; 2. Micro-injectie; 3. Electroporatie. Voorbeelden van de categorie in vivo èn in vitro toepasbare non-virale vectoren zijn: 1. Liposomen; 2. Naakt plasmide DNA-injectie; 3. Ballistic DNA-injectie.

Non-virale vectoren:

In theorie zijn deze ideaal, omdat ze werkzaam zijn met zo min mogelijk bijwerkingen. Alleen de nog lage efficiëntie van DNA transfering maakt het wenselijk om toch langs een virale vector te werken

Virale vectoren:

Retrovirale vectoren zijn in staat om uiterst efficiënt DNA in te brengen bij delende cellen en dit vervolgens op te laten nemen in het genoom van de cellen. Hierdoor kan langdurige expressie van het gen, als mede het therapeutisch verkregen eiwit verkregen worden, omdat deze niet verloren gaat bij de celdeling.

Het voordeel van adenovirus vectoren is dat zij ook in niet-delende cellen kunnen transduceren. Een bredere toepassing van deze vectoren wordt daardoor mogelijk. Het ingebrachte DNA wordt echter niet in het genoom van de cel ingebouwd. Alleen in een klein aantal aandoeningen, zoals hart- en vaatziekten, moet het gen na een bepaalde tijd juist weer verdwijnen. Voor behandeling van patiënten met een permanente afwijking is het dus wenselijk een retrovirale vector te gebruiken.

Van nature zijn virussen ziekteverwekkers. Om te voorkomen dat het virus de patiënt ziek maakt, dient het virus bewerkt te worden. Toch kunnen virussen, zeker wanneer zij gebruikt worden in grote hoeveelheden, soms toch bijwerkingen hebben

In ons onderzoek willen we zoeken naar antwoorden op de (langdurige) gevolgen van gentherapie, waarbij de nadruk ligt op verdere ontwikkeling van de doelcellen. Gezien de complexiteit van het menselijk genoom is het wenselijk specifiekere vectoren te ontwikkelen. Niet alleen is het belangrijk om een specifiek gen zo te treffen, maar ook om te voorkomen dat het op de verkeerde plaats in het lichaam terecht komt. Hiertoe is verdere kennis essentieel voor het slagen van een dergelijke vorm van therapie. Juiste insertie in de cel is van dergelijk belang, omdat het bij foutieve insertie regulatie in de deling van de cel dus danig in de war kan brengen dat er tumor groei ontstaat. Ten behoeve van bovengenoemde aspecten, moet het in te brengen CTFR-gen dusdanig behandeld worden dat deze het zij als plasmide, of in het genoom zelf gebouwd kan worden van de vectoren. Het meest belangrijke aspect van ons onderzoek zal liggen in het evalueren van het immuunsysteem ten opzicht van de behandelde cellen. Een immuunreactie op de cel zal er namelijk uiteindelijk voor zorgen dat de behandeling van de cellen teniet gedaan wordt.