Terapia genica: gruppi, approcci, vettori e altri dettagli

Terapia genica: gruppi, approcci, vettori e altri dettagli!

Un gene è una sequenza lineare di DNA che codifica per una particolare proteina, richiesta per determinate funzioni.

La mutazione nel gene porta alla produzione di una proteina difettosa e conseguentemente, le funzioni svolte dalla proteina normale sono influenzate. La mutazione nel gene è una delle cause di molte malattie genetiche. Il concetto di terapia genica è che se un gene corretto viene introdotto nel paziente (chi soffre a causa di un gene difettoso) la malattia genetica potrebbe essere controllata o curata. Negli anni '80 questo concetto originale era chiamato "terapia genetica sostitutiva".

Ora il termine "terapia genica" ha superato la sua definizione originale e si applica a tutti i protocolli che coinvolgono un elemento di trasferimento genico (e non necessariamente un gene che è noto per causare una malattia). Alcune malattie genetiche sono causate da un difetto in un solo gene (come la carenza di adenosina deaminasi (ADA), fibrosi cistica, anemia falciforme).

La terapia genica per correggere questo singolo difetto genetico ha maggiori probabilità di successo. D'altra parte, alcune malattie genetiche comportano molteplici fattori genetici e può essere più difficile trattare tale malattia con la terapia genica. La terapia genica può essere applicata sia a malattie congenite che acquisite.

La terapia genica è stata suddivisa nei gruppi:

1. Il trasferimento genico di cellule somatiche è il trasferimento del gene alla cellula diploide normale.

Questo metodo influenzerà solo la persona a cui viene data la terapia genica e gli effetti della terapia genica non vengono trasmessi alle generazioni future.

2. Il trasferimento genico della linea germinale è il trasferimento del gene all'ovulo aploide o alla cellula spermatica del sistema riproduttivo. Il gene trasferito sarà trasmesso alla discendenza nelle generazioni successive. I protocolli di terapia genica della linea germinale sono ampiamente utilizzati nella produzione di animali transgenici per la ricerca, l'agricoltura e la biotecnologia.

Lo sviluppo di malattie genetiche umane ereditarie gravi e dolorose potrebbe essere prevenuto prima della nascita e tali malattie potrebbero essere eliminate nelle generazioni successive. Tuttavia, a causa del potenziale di abuso, la terapia genica di linea germinale negli esseri umani deve essere ampiamente discussa prima che questo approccio possa essere usato per il trattamento delle malattie.

Esistono due diversi approcci per il trasferimento dei geni nelle cellule:

1. Trasferimento genico ex vivo:

Le cellule richieste da un paziente sono isolate e i geni desiderati vengono introdotti nelle cellule. Le cellule trasfettate sono reintrodotte nel paziente.

2. Trasferimento genico in vivo:

I geni desiderati vengono introdotti nel paziente. I geni entrano nelle cellule del paziente. La terapia genica nella medicina dei trapianti è più probabile che venga utilizzata come approccio complementare.

1. I geni potrebbero essere introdotti negli innesti in modo che i prodotti genici bloccheranno l'attivazione delle cellule T del ricevente contro l'innesto.

2. I geni che producono antigeni MHC specifici per donatore potrebbero essere introdotti nel ricevente prima del trapianto. Gli antigeni MHC del donatore prodotti dai geni introdotti potrebbero indurre tolleranza al trapianto nel ricevente.

Vettori di trasferimento genico:

I vettori sono i veicoli utilizzati per trasferire i geni di interesse alle cellule bersaglio. La cellula bersaglio esprimerà quindi la proteina codificata dal gene trasferito. Il gene di interesse che viene trasferito è anche chiamato "transgene".

Molti fattori sono considerati prima di scegliere un vettore adatto:

1. Il tipo di cella obiettivo.

2. Lo stato di divisione della cella obiettivo.

3. La dimensione del transgene.

4. Il periodo di tempo in cui il transgene deve essere espresso.

5. Il potenziale per una risposta immunitaria contro il vettore indotto che può essere deleterio per l'individuo che ha subito la terapia genica.

6. La facilità di produzione del vettore.

7. La capacità di amministrare il vettore più di una volta al paziente.

8. Problemi di sicurezza.

Vettori di trasferimento genico:

I virus hanno la capacità di entrare nelle cellule e moltiplicarsi all'interno delle cellule. Pertanto, le versioni attenuate o modificate dei virus vengono utilizzate come vettori per trasportare il gene di interesse in una cellula.

I vettori retrovirali usati come vettori nella terapia genica sono:

1. Virus della leucemia murina di Moloney (MMLU):

Uno degli svantaggi importanti dei vettori retrovirali è che i vettori retrovirali possono inserirsi casualmente in qualsiasi punto del DNA ospite. L'inserimento casuale del genoma retrovirale nel DNA ospite può portare ai seguenti eventi indesiderati.

io. L'inserimento del genoma retrovirale in un gene ospite responsabile della produzione di una proteina importante impedirà la produzione della proteina.

ii. L'inserimento del genoma retrovirale nel gene oncosoppressore dell'ospite può inattivare il gene oncosoppressore e portare allo sviluppo del tumore.

2. Virus adeno:

Il DNA adenovirale rimane episomico e raramente si integra nel DNA ospite. Ma le proteine ​​adenovirali sono espresse sulla superficie delle cellule trasfettate. Di conseguenza, le risposte immunitarie contro le proteine ​​adeno-virali possono essere indotte portando all'aggressione delle cellule trasfettate dal sistema immunitario dell'ospite. Inoltre l'adenovirus stesso può causare malattie nell'ospite.

3. Virus adeno-associato (AAV):

I vantaggi del virus adeno-associato sono che non causa malattie umane, può infettare molti tipi di cellule e integrarsi stabilmente nel genoma ospite.

4. Virus dell'herpes simplex.

5. Vaccinia virus.

Consegna del gene non virale:

1. I liposomi sono costituiti dalla specie lipidica, un anfifile cationico e un fosfolipide neutro. I liposomi si legano e condensano il DNA per formare complessi che hanno un'alta affinità per le membrane plasmatiche delle cellule; questo si traduce nell'assorbimento di liposomi nel citoplasma cellulare mediante processo endocitotico. Recentemente, la combinazione di elementi virali e non virali è stata sviluppata per aumentare l'efficacia del trasferimento genico alla cellula.

La prima terapia genica è stata tentata su un paziente umano circa 10 anni fa. Da allora sono stati condotti oltre 390 studi di terapia genica su oltre 4000 soggetti. La prima terapia genica riuscita ha ripristinato la funzione del sistema immunitario in due bambini francesi nati con SCID forma X legata.

Le cellule staminali nel midollo osseo di questi pazienti sono state raccolte; il gene normale è stato trasdotto in vitro in cellule staminali difettose e le cellule staminali sono state corrette; poi le cellule staminali corrette sono state trapiantate negli stessi pazienti. Ben presto questi pazienti hanno prodotto cellule immunitarie normali. Tuttavia non può essere definito un successo completo finché i bambini non sono molto più grandi. Eppure questi risultati iniziali sono estremamente promettenti e incoraggianti.

La terapia genica è nella sua infanzia come scienza biomedica. La malattia granulomatosa cronica (CGD) è una malattia da immunodeficienza. Una forma di CGD legata all'X rappresenta circa il 65 percento di tutti i casi. Le cellule staminali ematopoietiche dei pazienti con CGD X-linked sono state isolate e trasdotte con un gene normale (la subunità gp91 dell'enzima chiamata fagocita ossidasi). Le cellule trasformate furono poi reintrodotte negli stessi pazienti dai quali le cellule erano isolate. Tre su 4 pazienti trattati in questo modo hanno una produzione sostenuta e continua di neutrofili per 16-14 mesi.

La terapia genica è un nuovo approccio per curare le malattie modificando l'espressione del gene di una persona verso un obiettivo terapeutico. La sostituzione genica è teoricamente più desiderabile dell'aggiunta del gene. Il gene difettoso nel cromosoma viene rimosso e un gene corretto viene posto in quella posizione (dove dovrebbe essere il gene normale). Il vantaggio di questo metodo è che il gene sostituito viene espresso solo in momenti di necessità e in quantità necessarie all'organismo (ad esempio il gene introdotto si comporta come se fosse un gene normale).

Correzione genica:

La sequenza difettosa nel cromosoma anormale viene corretta in modo tale che dopo la correzione, il gene funzioni come un gene normale.

La terapia genica offre molte speranze per una varietà di condizioni cliniche. Nella medicina dei trapianti, la terapia genica viene sfruttata per prevenire il rigetto acuto e cronico degli innesti.

Fondamentalmente ci sono due approcci:

1. I geni che sono importanti nella prevenzione del rigetto del trapianto possono essere introdotti (ad esempio geni che codificano citochine immunosoppressive o molecole co-stimolatorie di blocco).

2. Acidi nucleici antisionici per bloccare la produzione di molecole associate al rifiuto come le molecole di adesione.