GENTERAPI - T3 HT 2009 Jan-Ingvar Jönsson Genterapi Överföring av terapeutisk (frisk) gen till sjuk cell eller vävnad Att reparera en skadad gen Att ersätta en skadad eller deleterad gen med en frisk gen Att stänga av en skadad gen Att eliminera en skadad gen Att tillföra en döds -gen Varför genomförs genterapi? Behandling av monogena sjukdomar, dvs ärftliga obotliga sjukdomar som omöjliggör ett normalt liv och som innebär höga sjukvårdskostnader Individualiserad behandling av multifaktoriella eller polygena sjukdomar, t.ex. cancer, där dagens mediciner har liten effekt och/eller många biverkningar Infektionssjukdomar (HIV) 13% Andra sjukdomar 2% Genmärkning 7% Sjukdomar där genterapi prövas USA 2004 Förutsättning för genterapi är att den genetiska skadan är känd! Idag handlar det i många fall om klinisk rådgivning (fosterdiagnostik) och att lindra symtom, men många av dessa sjukdomar leder till en för tidig död Det finns mer än 7 000 ärftliga sjukdomar beskrivna! Ärftliga, monogena sjukdomar 9% Cancer 69% Över 1 000 ärftliga sjukdomar kan identifieras med hjälp av gentester. Majoriteten av dessa test påvisar närvaron av en eller flera mutationer i en gen, dvs monogena sjukdomar. Monogena sjukdomar är sällsynta de vanligaste förekommer i c:a 30 nya fall per år i Sverige. Testerna är mycket pålitliga (99%) Nedärvda monogena sjukdomar Sjukdom Scid (severe combined immunodeficiency) Blödarsjuka (hämofili) Sickle-cellsanemi α1-antitrypsin deficiens Duchennes muskeldystrofi Gendefekt Adenosindeaminas 4 eller common γ-kedja Koagulationsfaktorer (factor VIII, factor IX) CFTR α eller β globulin α1-antitrypsin dystrofin Målcell Stamceller eller T lymfocyter Leverceller, muskelceller, fibroblaster Lungepitelium Benmärgsceller, stamceller Lungceller, leverceller Muskelceller 1
Vektorer för genterapi Liposomer AAV Adenovirus DNA Nukleus Används med naket DNA Idéen är att gömma DNA i något som skyddar tillfället och som kan transportera det in i celler Lipider Retrovirus/Lentivirus DNA +/- liposomer Målcell Låg effektivitet!!! Felaktigt upptag och transport av klorid och natriumjoner i epitelceller, främst i luftvägarna (ökat upptag av Na+) Svettkörtlar (för mycket saltsekretion) 1 på 5.000 barn (575 kända fall i Sverige) Autosomal, recessiv gen C:a 1/40 bär på anlag för sjukdomen Defekt i CFTR-genen (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator ) Pankreas skadas (diabetes) Magtarmkanalen (förstoppning, diarré) Finns drygt 1.000 olika mutationer >65% bär på ΔF508 Sekretion av tjockt slem i lungorna leder till konstant hosta, infektioner och andningsproblem Behandling: Andningsgymnastik TOBI TM : tobramycin inhaleras för att lindra Pseudomonas aeruginosa infektioner. Vaccination mot vissa bakterier. Fenylbutyrat: tros kunna reparera defekt CFTR-gen om patienten bär på ΔF508. DMP777: anti-elastas är antiinflammatoriskt och slemlösande Retrovirala vektorer Behandling: Genterapi! 1. Liposomer. Aerosoler av liposom/cftr-dna komplex tas passivt upp lokalt i bronkväggen och lungepitel. 2. AAV (adeno-associerat virus, ssdna-virus). AAV kan ta sig in i celler via cellyte-specifika receptorer och integrerar stabilt på kromosom 19. Resultat: Livslångt uttryck av frisk CFTR-gen. 2
Retrovirusets livscykel Från: Alberts et al. Molecular Biology of the Cell Svår immunbristsjukdom Kromosom 20; drabbar båda b könenk 1. Adenosindeaminas (ADA) ADA)-brist Svår immunbristsjukdom X-kromosomen; enbart pojkar 2. X-nedX nedärvd svår r kombinerad immunbrist Adenosin är toxiskt för B och T lymfocyter Retroviral-mediated Gene Tx for SCID Autologous BM 3
Vektorer som används för genterapi Begränsningar med adenovirus Vuxna individer har ett bra immunförsvar mot adenovirus, vilket innebär att man bara kan behandla ett fåtal gånger Dessutom integrerar inte adenovirus i genomet utan bryts ner efter c:a 1 vecka En patient behandlad med adenovirus har avlidit pga systemisk inflammatorisk svar Problem med genterapi Genen överlever kort tid i kroppen måste integreras i genomet Vissa integrationer kan bli potentiellt farliga för patienten och kan ge upphov till cancerceller Immunreaktioner eliminerar vissa virala vektorer (adenovirus) Vissa vektorer kan ge toxiska svar Multifaktoriella sjukdomar (diabetes, cancer, arterioskleros, Alzheimer) beror på flera genskador, vilket gör genterapi svårt Flertalet genterapimetoder är i dag dyra. Kostnaderna varierar beroende på vilken sjukdom och teknik som används. Kostnaden för vektorproduktionen beräknas uppgå till mellan 1 och 1,5 miljoner kronor för att behandla ett tiotal patienter. Biologisk by-pass med adenovirus Hjärtpatienter med kärlkramp (angina pectoris) Syftet är att förbättra blodcirkulationen genom angiogenes Med hjälp av adenovirus överförs genen för tillväxtfaktorer (VEGF, bfgf, angiopoietin) Upprepade injektioner med adenovirus stimulerar bildningen av nya blodkärl i hjärtmuskeln 4
Cancerterapi Nackdelar Biverkningar (håravfall, ulcerös colit, benmärgstoxicitet, diarré) Cancer är en flerstegsprocess LOH, deletion eller mutation av p53 Kirurgi Skadar normala friska celler Strålterapi Kemoterapi Hormonell terapi Försvagar patienten Svårt att få bort hela tumören Resistensmekanismer Recidiv Terapi i framtiden -III studier Immunterapi Genterapi Molekylär terapi (T4) GENTERAPI MOT CANCER Immunterapi (varav främst mot melanom) p53 guardian of the genome 50% av all cancer bär på mutationer i p53 90% Cellulär mutationer i skivepitelcancer stress Förstärkning av immunsystemet: 1) cytokin-gen 2) Aktivera APC 3) Dendritiska celler 4) Antigen-specifika T-lymfocyter 5) Inmärkta antikroppar Tumörsuppressorgener (varav främst p53) p53 tetramer Hämmar cellcykeln Stimulerar DNA-reparation Inducerar apoptos p53 guardian of the genome Om nu en stor del av alla tumörer saknar p53 kan vi utnyttja detta terapeutiskt, dvs sätta in frisk normal p53 med genterapi? GENTERAPI MOT CANCER Toxiska gener Ganciclovir Kliniska försök har genomförts på patienter med småcellig lungcancer (SCLC) där p53 överförs med adenovirus eller AAV. 5
Toxiska gener Är detta framtidens behandling? Ganciclovir Tabell 1. Summarisk sammanfattning av publicerade kliniska genterapistudier sedan år 2000. Sjukdom Klinisk utvecklingsfas Genetiska sjukdomar II Hemofili (A och B) Cancersjukdomar Livmodercancer II Bröst-/livmodercancer Prostatacancer II Kolorektal cancer Hjärntumörer III Lungcancer I Levercancer I Bukspottkörtelcancer II Tabell 1. Summarisk sammanfattning av publicerade kliniska genterapistudier sedan år 2000. Sjukdom Genetiska sjukdomar Huvud- och halscancer Urinblåsecancer Multipelt myelom Malignt melanom Solida tumörer Klinisk utvecklingsfas II Kärlsjukdom Kärlkramp i hjärtats kranskärl I Kärlkramp i benen I Övrigt HIV Artrit ALS I II : De första prövningarna på människa, vanligen friska försökspersoner. Förekomsten av biverkningar studeras vid olika doser. Om möjligt bedöms också de önskade effekterna. I: Orienterade prövningar på patienter, framför allt för att fastställa vilka dosnivåer som ger önskad effekt och vilka biverkningar som förekommer vid dessa doser. II: Jämförande studier för att verifiera den effektivitet hos diagnostiska, terapeutiska eller profylaktiska produkter eller tekniker som fastställts i fas II-studier. Vid dessa prövningar övervakas patienterna noga av läkare för att eventuella biverkningar av långtidsbruk skall kunna påvisas. Studierna utförs på patientgrupper som är tillräckligt stora för att kliniskt signifikanta effekter skall kunna identifieras och pågår under cirka 3 år. 6