Jakie informacje są niezbędne do zaprojektowania każdej terapii genowej?
Do zaprojektowania terapii genowej w danej chorobie niezbędny jest szereg analiz i badań. Przede wszystkim kluczowe jest poznanie przyczyny choroby, czyli jaki gen odpowiada za daną chorobę, jaka jest zmiana w danym genie i jaka jest jej lokalizacja w sekwencji DNA. Niezbędne jest też poznanie jaką funkcję dokładnie sprawuje ten gen, jakie koduje białko i jaką rolę to białko odgrywa w komórce. Ważna jest też analiza w jakich komórkach ekspresja tego genu występuje i jaki byłby przewidywany efekt terapeutyczny naprawy danego genu. Tego dotyczą badania podstawowe oraz badania na zwierzętach. Kolejnym etapem są zaś badania kliniczne oceniające bezpieczeństwo i skuteczność danego leku u ludzi.
Cele terapii genowej w badaniach klinicznych
Na przestrzeni ostatnich dekad obserwuje się wzrost zainteresowania badaniami klinicznymi nad terapią genową w wielu chorobach, dla których wciąż nie ma skutecznych schematów terapeutycznych. Obecnie prowadzone jest ponad 2600 badań klinicznych dotyczących terapii genowej w celu poprawy skuteczności leczenia chorób, wywołanych zmianami w ponad 3000 genów. Spowodowane jest to lepszą i tańszą dostępnością metod, które umożliwiają poznanie genomu ludzkiego i wykrywanie w nim zmian. Zdecydowana większość badań dotyczy chorób nowotworowych, a także wrodzonych chorób jednogenowych.
Jak dotąd, w kontekście chorób jednogenowych odniesiono największy sukces terapeutyczny. Chociaż nastąpił wzrost badań dotyczących chorób kardiologicznych, to pozostają one na czwartym miejscu jeśli chodzi o częstotliwość wskazań do badań klinicznych, zaraz po chorobach infekcyjnych. Poza wyżej wymienionymi wskazaniami do celów terapii genowej należą również choroby neurologiczne, choroby układu krwiotwórczego, choroby oczu, choroby zapalne.
W przypadku wrodzonych chorób jednogenowych celem terapii genowej jest naprawa zaburzenia poprzez stabilne wprowadzenie funkcjonalnego genu do dzielących się komórek macierzystych, co zapewnia trwałość korekty. Największy udział spośród badań klinicznych nad chorobami jednogenowymi dotyczy wrodzonych zaburzeń odporności. To jest grupa chorób w obrębie których obserwuje się najwięcej trwałych, klinicznie istotnych korzyści terapeutycznych po zastosowaniu terapii genowej. Kolejnym celem do terapii genowej jest mukowiscydoza, jako że jest to najczęstsza dziedziczna choroba genetyczna skracająca życie w krajach Europy i Stanów Zjednoczonych. Średnia życia chorych na mukowiscydozę wynosi 40 lat.
Terapia genowa dotyczy zarówno chorób genetycznych dziedziczonych recesywnie, jak i dominująco. W przypadku chorób genetycznych recesywnych strategia polega na dostarczeniu pacjentowi prawidłowego genu, dla którego nie ma on funkcjonalnych kopii. W przypadku tych chorób sukces jest mieszany, chociaż spośród wszystkich grup chorych największy. Do chorób recesywnych, na których prowadzone są badania kliniczne terapii genowej należą między innymi: niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, hemofilia typu B, pęcherzowe oddzielanie się naskórka, dystrofie siatkówki, takie jak wrodzona ślepota Lebera (LCA) czy wspomniana wyżej mukowiscydoza.
W przypadku chorób genetycznych dominujących strategia często polega na wyciszeniu zmutowanego genu przy użyciu hamujących cząsteczek RNA tzw. interferujących RNA (RNAi). Przykładem chorób są autosomalna dominująca utrata słuchu spowodowana mutacjami w genie TMC1, stwardnienie zanikowe boczne czy dominująca dystrofia mięśniowa obręczy kończyn typu 1A.
Wśród chorób nowotworowych, które stanowią cele terapii genowej są: nowotwory płuc, nowotwory ginekologiczne, skóry, neurologiczne, urologiczne, gastroenterologiczne, hematologiczne, głowy i szyi, tarczycy, mięsaki oraz nowotwory dziecięce. W odniesieniu do chorób nowotworowych mechanizmy leczenia polegają na zastosowaniu szeregu strategii. Jedną z nich jest wprowadzenie poprawnie działającego genu supresorowego nowotworów takiego jak np. TP53 czy BRCA1. Innym mechanizmem może być zastosowanie wirusów onkolitycznych, które specyficznie kierują się do komórek nowotworowych, w których ulegają replikacji i finalnie doprowadzają do lizy, czyli zniszczenia zainfekowanej komórki. Ponadto, takie wirusy również moją zdolność do stymulacji odpowiedzi przeciw-nowotworowej, co potwierdzono w czerniaku. Innym mechanizmem jest terapia enzymatyczna z użyciem genu który koduje enzym, który to z kolei aktywuje pro-lek w cytotoksyczny lek, specyficznie w tkance nowotworowej i jej mikrośrodowisku. Najbardziej zaawansowana terapia genowa z kolei używa specjalnie zmodyfikowanych limfocytów T z chimerycznym receptorem (CAR- T). Terapia ta od pierwszych doniesień, niespełna dekadę temu, wykazała imponujące wyniki kliniczne zarówno w przypadku białaczek limfatycznych, jak i szpikowych. Komórki CAR-T na skutek modyfikacji genetycznej są zdolne do rozpoznawania cechy komórki nowotworowej, odróżniającej od komórki zdrowej, a w konsekwencji jej zniszczenia.
Celem do terapii genowej w badaniach klinicznych są również choroby sercowo-naczyniowe, jako że stanowią wiodącą przyczyną zgonów na całym świecie. Pomimo, że istnieje wiele chorób kardiologicznych o podłożu genetycznym, to terapia genowa może być stosowana także w przypadku chorób układu krążenia niezależnie od mutacji genetycznych. Przykładem jest działanie hamującymi cząsteczkami siRNA, które mogłyby hamować reakcje w organizmie (np. reaktywne formy tlenu) przyczyniające się do zawału serca. Obecnie wiele badań prowadzi się nad poszukiwaniem celów do terapii genetycznych z użyciem siRNA w kardiologii.
Ponadto, w kontekście terapii genowej chorób układu sercowo-naczyniowego oczekuje się, że zapewni ona nową drogę terapeutycznej angiogenezie, spowoduje ochronę czy też regenerację mięśnia sercowego, będzie zapobiegać restenozie po angioplastyce czy niepowodzeniu przeszczepu by-passów. Większość dotychczasowych prób terapii dotyczyły zastosowania terapeutycznej angiogenezy w celu zwiększenia ilości przepływającej krwi do tkanki, która uległa niedokrwieniu. Bada się zarówno niedokrwienie mięśnia sercowego w wyniku choroby wieńcowej, jak i niedokrwienie kończyn dolnych jako skutek choroby tętnic obwodowych. Tutaj szeroko stosowane były czynniki z rodziny czynników wzrostu fibroblastów, jak i czynniki wzrostu śródbłonka. Stosowano również w niewielkiej liczbie badania z wykorzystaniem płytkopochodnego czynnika do leczenia owrzodzeń stóp wynikających z choroby naczyń krwionośnych w przebiegu cukrzycy. Dodatkowo badana jest indukcja czynnika indukowanego niedotlenieniem jako wyzwalacza stymulującego angiogenezę naczyń krwionośnych.
Do innych celów terapii genowej należą choroby zakaźne wywołane zakażeniami wirusowymi, w tym zakażenie wirusem HIV, wirusami zapalenia wątroby typu B oraz C (HBV, HVC), wirusem Epsteina-Baar (EBV), cytomegalowirusem (CMV), wirusem grypy, a także bakteriami w tym malarią, gruźlicą. Do neurologicznych chorób stanowiących cel do terapii genowych należą stwardnienie zanikowe boczne, stwardnienie rozsiane, leukodystrofia metachromatyczna, mukopolisacharydoza IIA i IIIB, oraz neurologiczne powikłania cukrzycy oraz choroby Alzheimera i Parkinsona. Dotychczas przeprowadzono wiele badań mających na celu leczenie patologii oczu, takich stanach, jak barwnikowe zwyrodnienie siatkówki, jaskrę, zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem i wrodzona ślepota Lebera. Choroby zapalne, na których testowano terapię genową obejmują reumatoidalne, zapalne i zwyrodnieniowe zapalenie stawów, a także wrzodziejące zapalenie jelita grubego. Istnieją również pojedyncze próby w przypadku innych chorób, w tym przewlekłej choroby nerek, alergii na orzeszki ziemne i złamania kości.
Literatura:
1.www.clinicaltrials.gov [dostęp z 22.02.2022]
2.https://www.clinicaltrialsarena.com/comment/gene-therapy-research/ [dostęp z 02.03.2022]
3.Ginn S,L , Amaya A,K, Alexander I,E, Edelstein M, MohAbedi M,R. Gene therapy clinical trials worldwide to 2017: An update J Gene Med. 2018;20:e3015. doi:10.1002/jgm.3015, Epub 2018 Apr 19.
4.Belete T,M. The current status of gene therapy for the treatment of cancer. Biologics 2021; 15: 67–77. doi: 10.2147/BTT.S302095
5. Cring M,R Sheffield V,C. Gene therapy and gene correction: targets, progress, and challenges for treating human diseases. Gene therapy 2022, 29,3-12 https://doi.org/10.1038/s41434-020-00197-8