Σχεδόν 30 χρόνια μετά τα πρώτα, διστακτικά βήματα στον άνθρωπο, οι γονιδιακές θεραπείες αναδεικνύονται πλέον ως θεραπευτική επιλογή για ένα μικρό, αλλά συνεχώς αυξανόμενο αριθμό νόσων.
Αν και η θεραπευτική αυτή προσέγγιση είχε αντιμετωπιστεί με σκεπτικισμό όταν διατυπώθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970, η βάση της, δηλαδή η αντικατάσταση ή διόρθωση ενός παθολογικού γονιδίου, αποδείχτηκε τελικά σωστή.
Σήμερα, έχουμε πλέον αρκετές μεθόδους για να διορθώσουμε ή να επηρεάσουμε τη λειτουργία ενός γονιδίου, τις οποίες έχουμε χρησιμοποιήσει για την ανάπτυξη θεραπειών για:
-διαταραχές του αίματος,
-καθώς και ορισμένες εκφυλιστικές νόσους των οφθαλμών ή των μυών.
Τα τελευταία 5 χρόνια έχουν εγκριθεί περισσότερες από 5 θεραπείες αυτού του είδους, ενώ πολλές ακόμα βρίσκονται στο στάδιο των κλινικών δοκιμών.
Οι γονιδιακές θεραπείες που χρησιμοποιούνται σήμερα βασίζονται σε δύο προσεγγίσεις.
-Η πρώτη (και συχνότερη) περιλαμβάνει τη λήψη αίματος από έναν ασθενή και ακολούθως την τροποποίηση συγκεκριμένων κυττάρων στο εργαστήριο πριν την επανεισαγωγή τους στον ασθενή.
-Η δεύτερη περιλαμβάνει χορήγηση των γονιδιακών θεραπειών απευθείας στον οργανισμό, συνήθως σε εύκολα προσβάσιμες περιοχές, όπως οι οφθαλμοί.
Πλέον, οι γονιδιακές θεραπείες έχουν εξελιχθεί και σήμερα εξετάζουμε και άλλες προσεγγίσεις.
Οι θεραπείες αυτές έχουν γίνει πιο ασφαλείς και αποτελεσματικές, ενώ μπορούν να αντιμετωπίσουν και παθήσεις σε άλλα όργανα, όπως για παράδειγμα η καρδιά ή το ήπαρ.
Ορισμένες θεραπείες έχουν ξεφύγει μάλιστα από τον τυπικό ορισμό της γονιδιακής θεραπείας και χρησιμοποιούν μοριακά εργαλεία για να διορθώσουν τα σφάλματα στα υπάρχοντα γονίδια, αντί να εισάγουν ένα νέο γονίδιο.
Ωστόσο, παρά την αλματώδη πρόοδο που έχει σημειωθεί τα τελευταία χρόνια, οι γονιδιακές θεραπείες πρέπει να ξεπεράσουν αρκετά εμπόδια προκειμένου να καθιερωθούν ως θεραπείες ευρείας χρήσης.
Το σημαντικότερο από αυτά είναι το γεγονός ότι η στόχευση συγκεκριμένων ιστών συχνά μπορεί να προκαλέσει ανοσιακή απόκριση.
Ένα άλλο σημαντικό εμπόδιο είναι το κόστος των θεραπειών αυτών το οποίο σήμερα ανέρχεται στα 400.000$ ανά δόση.
Χωρίς αμφιβολία, ωστόσο, οι θεραπείες αυτές έχουν τη δυνατότητα να βοηθήσουν εκατομμύρια ασθενείς επομένως σίγουρα θα συνεχίσουν να βελτιώνονται τα επόμενα χρόνια.
Τα πρώτα θετικά αποτελέσματα και η αρχή των γονιδιακών θεραπειών
Η θεωρία στην οποία βασίστηκαν οι πρώτες γονιδιακές θεραπείες είναι σχετικά απλή:
Όταν μία νόσος αποδίδεται σε ένα παθολογικό γονίδιο, χορηγούμε στον ασθενή ένα λειτουργικό αντίγραφο του γονιδίου αυτού.
Η πρώτη εφαρμογή της παραπάνω προσέγγισης έγινε το 1990, όταν επιστήμονες από το National Institutes of Health των ΗΠΑ χορήγησαν γονιδιακές θεραπείες σε δύο νεαρά κορίτσια με ένα σύνδρομο σοβαρής ανοσοανεπάρκειας που συνδέεται με την απουσία ενός ενζύμου.
Στην παραπάνω κλινική δοκιμή, τα θεραπευτικά γονίδια που απαιτούνται για την παραγωγή του ενζύμου ενσωματώθηκαν στο γενετικό υλικό ενός ιού, το οποίο είχε επίσης τροποποιηθεί έτσι ώστε ο ιός να μην μπορεί να πολλαπλασιαστεί.
Με τον τρόπο αυτό, ο ιός χρησιμοποιήθηκε ως «Δούρειος Ίππος» για τη μεταφορά του γονιδίου στο εσωτερικό των κυττάρων.
Η επιστημονική ομάδα του NIH έλαβε δείγματα αίματος από τα δύο κορίτσια και απομόνωσε τα λευκά αιμοσφαίρια, τα οποία ακολούθως «μόλυνε» με τους τροποποιημένους ιούς.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες χορήγησαν και πάλι στα κορίτσια τα νέα λευκά αιμοσφαίρια.
Η αγωγή αυτή χορηγήθηκε άλλες 12 φορές σε ένα διάστημα 18-24 μηνών.
Αν και η αγωγή αυτή δεν ήταν «θεραπεία» με την αυστηρή έννοια του όρου, κατάφερε να περιορίσει σημαντικά τα συμπτώματα των κοριτσιών και έδειξε ότι αντίστοιχες προσεγγίσεις είναι ασφαλείς για τους ασθενείς.
Αυτό ήταν το πρώτο μεγάλο βήμα στην ανάπτυξη γονιδιακών θεραπειών.
Η επιτυχία της παραπάνω κλινικής δοκιμής οδήγησε σε αρκετές νέες δοκιμές τα επόμενα χρόνια, ωστόσο το 1999 ο 18χρονος Jesse Gelsinger κατέληξε, όταν μία πειραματική γονιδιακή θεραπεία που έλαβε για ένα μεταβολικό νόσημα του ήπατος, προκάλεσε υπερβολική ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος.
Λίγα χρόνια αργότερα, το 2003, επιστήμονες ανέφεραν ότι ορισμένοι ασθενείς που έλαβαν γονιδιακές θεραπείες για ανοσοανεπάρκειες παρουσίασαν λευχαιμία, αποτέλεσμα τις εισαγωγής γονιδίων του ιού σε περιοχές του γονιδιώματος που συνδέονται με τον καρκίνο.
Οι παραπάνω αρνητικές εξελίξεις έβαλαν προσωρινά φρένο στην ανάπτυξη των γονιδιακών θεραπειών με αποτέλεσμα η έρευνα σε αυτό το πεδίο να παραμείνει στάσιμη για περίπου μία δεκαετία.
Οι περισσότερες κλινικές δοκιμές σταμάτησαν, ενώ οι επιστήμονες επέστρεψαν στο εργαστήριο προσπαθώντας να τροποποιήσουν τον ιό-φορέα με σκοπό να γίνει πιο ασφαλής και αποτελεσματικός για τους ασθενείς.
Οι έρευνες αυτές επέτρεψαν στους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα ποιες προσεγγίσεις είναι ασφαλείς και ποιες όχι.
Χάρη στις έρευνες που έγιναν σε αυτό το διάστημα, σήμερα γνωρίζουμε ότι οι αδενοϊοί και οι ρετροϊοί αποτελούν τους καλύτερους φορείς, καθένας από τους οποίους έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Για παράδειγμα, το γενετικό υλικό που μεταφέρουν οι αδενοϊοί στις γονιδιακές θεραπείες δεν ενσωματώνεται στο γονιδίωμα του κυττάρου, αλλά παραμένει στο κυτταρόπλασμα όπου μεταφράζεται.
Το γεγονός αυτό έχει σχεδόν εξαλείψει τον κίνδυνο καρκίνου στους ασθενείς, ωστόσο μειώνει τη διάρκεια της θεραπείας, καθώς το γενετικό υλικό δεν παραμένει επ’ άπειρον στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου-ξενιστή.
Ένα άλλο πλεονέκτημα των αδενοϊών είναι ότι έχουν σχετικά μικρό μέγεθος, γεγονός που τους επιτρέπει να μολύνουν ένα μεγάλο εύρος κυττάρων και να εξαπλωθούν ευκολότερα στους ιστούς.
Οι ρετροϊοί με τη σειρά τους έχουν άλλα πλεονεκτήματα.
Για παράδειγμα, μπορούν να μεταφέρουν μεγαλύτερες και πιο σύνθετες αλληλουχίες γονιδίων σε σχέση με τους αδενοϊούς, ενώ και η διάρκεια παραμονής τους στα κύτταρα είναι μεγαλύτερη, γεγονός που παρατείνει τη θεραπευτική δράση.
Νέα άνθηση
Οι γονιδιακές θεραπείες παρουσίασαν εκ νέου άνθηση στις αρχές της δεκαετίας του 2010 όταν επιστήμονες από την Pennsylvania και το Maryland ανακοίνωσαν τα αποτελέσματα κλινικών δοκιμών για τη θεραπεία της λευχαιμίας και του λεμφώματος.
Οι γονιδιακές αυτές θεραπείες είχαν την ικανότητα να εκπαιδεύουν το ανοσοποιητικό σύστημα των ασθενών έτσι ώστε να μπορεί να ανιχνεύσει και να καταστρέψει τα νεοπλασματικά κύτταρα.
Οι επιστήμονες ουσιαστικά απομόνωσαν Τ λεμφοκύτταρα από τους ασθενείς τα οποία μόλυναν με ρετροϊούς.
Οι ρετροϊοί αυτοί είχαν τροποποιηθεί έτσι ώστε να φέρουν γονίδια τα οποία επιτρέπουν στα λεμφοκύτταρα να αναγνωρίζουν και να καταστρέφουν τα κύτταρα του καρκίνου.
Όταν χορήγησαν τα τροποποιημένα Τ λεμφοκύτταρα στους ασθενείς, ο καρκίνος τους υποχώρησε.
Το αποτέλεσμα αυτό έδωσε νέα ώθηση στην έρευνα για τις γονιδιακές θεραπείες.
Τα επόμενα χρόνια, το FDA των ΗΠΑ ενέκρινε αρκετές θεραπείες αυτού του είδους για τη θεραπεία λεμφωμάτων και λευχαιμιών, μεταξύ των οποίων και το πολλαπλό μυέλωμα.
Οι θεραπείες αυτές, οι οποίες έγιναν γνωστές ως CAR T (chimeric antigen receptor), πρακτικά δεν διορθώνουν ένα ελαττωματικό γονίδιο, αλλά εξοπλίζουν τα Τ λεμφοκύτταρα με εργαλεία που τους επιτρέπουν να καταστρέφουν τα νεοπλασματικά κύτταρα.
Ως αποτέλεσμα, αρκετοί υποστήριξαν ότι η προσέγγιση αυτή δεν αποτελεί «γονιδιακή θεραπεία», παρά το γεγονός ότι χρησιμοποιεί ιούς για να μεταφέρει γενετικό υλικό σε ανθρώπινα κύτταρα.
Μία άλλη γονιδιακή θεραπεία που έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται τα τελευταία χρόνια είναι η θεραπεία ολιγονουκλεοτιδίων.
Αντί να διορθώσει τα υπάρχοντα γονίδια, η τεχνική αυτή χρησιμοποιεί μικρές αλληλουχίες νουκλεϊκών οξέων (ολιγονουκλεοτίδια) για να επηρεάσει τον τρόπο που μεταφράζεται ένα γονίδιο σε πρωτεΐνη.
Μία θεραπεία αυτού του είδους, το nurinersen, προσδένεται στο RNA με σκοπό να ενισχύσει την παραγωγή μίας πρωτεΐνης σε ασθενείς με νωτιαία μυϊκή ατροφία.
Νεότερες γονιδιακές θεραπείες
Την τελευταία δεκαετία η εξέλιξη της τεχνολογίας έχει οδηγήσει σε νέες προσεγγίσεις στις γονιδιακές θεραπείες.
Οι περισσότερες από αυτές έχουν απομακρυνθεί από την εισαγωγή νέων γονιδίων και επικεντρώνονται περισσότερο στην επιδιόρθωση των ήδη υπαρχόντων.
Πλέον, όταν διαπιστωθεί ότι ο ασθενής φέρει ένα μεταλλαγμένο γονίδιο το ερώτημα είναι αν μπορούμε να το διορθώσουμε.
Η προσέγγιση αυτή έχει βασιστεί στην τεχνολογία του CRISPR-Cas9, ένα σύστημα άμυνας των βακτηρίων το οποίο μπορεί να ανιχνεύσει συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA και να καθοδηγήσει ένζυμα με σκοπό να κόψουν και να καταστρέψουν το γονιδίωμα ενός ιού.
Το σύστημα αυτό γνωρίζουμε σήμερα ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να «κόψει» συγκεκριμένες αλληλουχίες από το γονιδίωμα θηλαστικών.
Σε μόλις 7 χρόνια, η τεχνική αυτή έχει προοδεύσει από πειράματα στο εργαστήριο στο στάδιο των κλινικών δοκιμών σε ανθρώπους.
Το «φορτίο» στις θεραπείες που βασίζονται στην τεχνολογία του CRISPR δεν είναι ένα τμήμα DNA, αλλά το ίδιο το σύστημα τροποποίησης γονιδίων, το οποίο εισάγεται στα κύτταρα μέσω ενός ιού, ενός νανοσωματιδίου ή ενός συμπλέγματος RNA-πρωτεϊνών.
Οι θεραπείες αυτές μπορούν να χορηγηθούν είτε ex vivo, δηλαδή τροποποιώντας τα κύτταρα εκτός του οργανισμού πριν χορηγηθούν ξανά στους ασθενείς, ή χορηγώντας τα εργαλεία τροποποίησης γονιδίων απευθείας στους ιστούς που μας ενδιαφέρουν.
Σήμερα δεκάδες εταιρίες αναπτύσσουν θεραπείες με βάση την τεχνολογία του CRISPR.
Μία πρώιμη κλινική δοκιμή χρησιμοποίησε τη μέθοδο ex vivo για τη θεραπεία της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας, καθώς και της β θαλασσαιμίας.
Τα αποτελέσματά της ανακοινώθηκαν τον Ιανουάριο του 2021.
Τον Ιούνιο μία άλλη εταιρία ανακοίνωσε τα αποτελέσματα της κλινικής δοκιμής στην οποία χρησιμοποίησε την CRISPR-Cas9 με νανοσωματίδια, με σκοπό να απενεργοποιήσει ένα παθολογικό γονίδιο στο ήπαρ για την αντιμετώπιση της TTR αμυλοείδωσης.
Πιο πρόσφατες μέθοδοι έχουν επιτρέψει ακόμα πιο ακριβείς παρεμβάσεις με αποτέλεσμα πλέον να μπορούμε να αντικαταστήσουμε συγκεκριμένα νουκλεοτίδια ,ή να περιορίσουμε τη δραστηριότητα ενός γονιδίου χωρίς να τροποποιούμε το DNA του.
Το γεγονός αυτό ανοίγει το δρόμο για τη χρησιμοποίηση των γονιδιακών θεραπειών και σε άλλα νοσήματα, μεταξύ των οποίων:
-τα νευρολογικά νοσήματα,
-τα αυτοάνοσα νοσήματα και,
-ορισμένες μορφές καρκίνου.
Στο μέλλον, ο στόχος είναι να μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε γονιδιακές θεραπείες για να αντιμετωπίσουμε και παθήσεις που αποδίδονται σε αλληλεπίδραση αρκετών διαφορετικών γονιδίων, όπως για παράδειγμα:
-η καρδιαγγειακή νόσος και,
-ο χρόνιος πόνος.
Με την αλματώδη πρόοδο που σημειώνει το συγκεκριμένο πεδίο της έρευνας τα τελευταία 10 χρόνια, είναι σίγουρο ότι οι γονιδιακές θεραπείες θα εξελιχθούν αναπόσπαστο κομμάτι της μοντέρνας ιατρικής στο μέλλον.
Πηγή: Αντώνιος Δημητρακόπουλος – Ερρίκος Ντυνάν Hospital Center