Somatische Gentherapie

(Teile des Textes wurden von http://www.unizh.ch/upd/magazin/1-96/gentherapie.html übernommen und modifiziert)

Ziel

vererbte und erworbene Gendefekte durch Einschleusung von normalen Genen in bestimmte Zielzellen des Körpers definitiv heilen. Somatische Zellen sind alle Körperzellen, die nicht direkt an der Reproduktion eines Individuums beteiligt sind (zum Beispiel Muskelzellen, Blutzellen, Hirnzellen, Leber- und Nierenzellen).

Limitierungen

Die Anwendung der Gentherapie setzt die genaue Kenntnis von Genen und Gendefekten und deren Einfluss auf normale und pathologische Zellfunktionen voraus.
Eine definitive Eliminierung einer Erbkrankheit für weiter Generationen würde gentherapeutische Eingriffe in die Keimbahn voraussetzen. Dies ist in der Schweiz verboten (Artikel 119 der neuen Bundesverfassung).

Vorgehensweise

• In vivo: In naher Zukunft ist der weitere Fortschritt der somatischen Gentherapie vor allem von der Entwicklung von sicheren und leicht anwendbaren in vivo Gentransfermethoden abhängig, welche eine effiziente und stabile Genexpression in bestimmten Zielorganen erlauben. Grundsätzlich gibt es virale und nicht-virale Gentransferverfahren. Virale Transfermethoden benutzen spezielle genetisch modifizierte Viren (virale Vektoren) als Transportvehikel für genetisches Material. Am häufigsten werden replikationsdefiziente Retro- und Adenoviren verwendet.
• Ex vivo: Zielzellen (zum Beispiel Lymphozyten, hämatopoetische Stammzellen, Leberzellen) werden aus dem Organismus isoliert, in Zellkultur mit dem gewünschten Gen transfiziert und wieder in den Organismus reimplantiert. Durch ex vivo Gentransfer kann ein möglicher Gentransfer in Keimbahnzellen ausgeschlossen werden. Die Anwendbarkeit der ex vivo Gentherapie ist auf jene Zellen beschränkt, die relativ leicht aus dem Körper isoliert und in genügenden Mengen gezüchtet werden können. Zudem gelingt die Reimplantation der in vitro transfizierten Zellen in den Körper oft nur unvollständig und/oder die Expression des Transgens geht in vivo relativ rasch wieder verloren.

Transformation von Zellen

Effiziente und reproduzierbare Einschleusung und Expression eines gewünschten Gens in Zielzellen.

• Mikroinjektion: Die DNA wird mit einer feinen Glasnadel in den Kern gespritzt. Diese Methode ist sehr effizient, aber auch sehr aufwendig.
• Zufügen der DNA als Präzipitat mit Kalzium-Phosphat: Das Kalzium-Phosphat fördert die DNA-Aufnahme in Zellen. Nur wenige Zellen können das fremde Gen in ihr eigenes Genom einbauen. Bei den anderen geht das Gen nach einigen Tagen wieder verloren.
• Elektroporation: Kurze elektrische Impulse auf Zellen in DNA-haltigen Lösung führen zur Bildung von Poren in der Zellmembran durch welche die DNA in die Zelle eindringen kann.
  Liposomen: Die DNA wird in Liposomen (Lipidvesikel) verpackt, welche mit der Zellmembran verschmelzen.
• Direkter Transfer durch Mikroprojektile ("Schrotschuss"): Mit Hilfe der Kalzium-Phosphat -Präzipitation beschichtet man die Oberfläche von Wolfram- oder Goldpartikeln (Durchmesser 1 µm) mit einer dünnen DNA-Schicht. Mit diesen Kügelchen "beschiesst" man nun die Zelle.
• Virale Vektoren: Viren dringen in Zellen ein und lassen ihr Genom von der zelleigenen Maschinerie ablesen.

Mehr zu "Viren" finden Sie im Kapitel "DNA-Klonierung" und im Atelier ist ein Review-Artikel über Gentransfer-Methoden aufgelegt ("Strategies for targeted gene therapy").

Therapie von Erbkrankheiten

Die Liste neu entdeckter Gendefekte wächst rasch und bietet breite Möglichkeiten für die Gentherapie. Das eigentliche Therapieziel ist dabei der Genersatz für das defekte oder fehlende Gen, das heisst, das defekte Gen müsste selektiv aus dem Genom herausgeschnitten und das normale Gen an exakt der gleichen Stelle eingesetzt werden können. Nur ein solchermassen durch homologe Rekombination rekonstruiertes Gen würde der normalen Genregulation unterliegen.

• Probleme: Leider ist effizienter Genersatz durch homologe Rekombination bis heute nur schwer möglich. Die gegenwärtig verfügbaren Gentransfermethoden erlauben lediglich eine Genaddition mit vorübergehender Genexpression oder stabile Integration (aber an zufälligen Stellen des Genoms) und Expression im Falle der retroviralen Vektoren.
• Erfolge: Die erste kausale Therapie durch Substitution eines fehlenden oder defekten Gens wurde bei der Adenosindeaminasemangelkrankheit durchgeführt. Bei dieser Krankheit liegt ein genetischer Defekt der Adenosindeaminase (ADA) vor. Der ADA-Mangel führt zu einer Akkumulation von Deoxyadenosin, das unter anderem eine direkte toxische Schädigung von T-Lymphozyten verursacht. In der Folge kommt es zu einer lebensbedrohlichen Immunschwäche. Bei einigen Patienten konnte durch wiederholte retrovirale ex vivo Gentransfers in körpereigenen T-Lymphozyten ein deutlicher und über länger als ein Jahr persistierender Anstieg der ADA, eine markante Verbesserung der Immunreaktionen und ein Rückgang von klinisch manifesten Infektionen erzielt werden.
• Wichtige Erbkrankheiten: Cystische Fibrose, auch Mukoviszidose genannt, bei einem von rund 2500 Neugeborenen. Muskeldystrophie, bei einem von rund 3500 Neugeborenen. Beide Erbkrankheiten können pränatal diagnostiziert werden.

Mehr über "pränatale Diagnostik" finden Sie im Kapitel "Gendiagnostik".

Therapie von erworbenen genetischen Krankheiten

• Gentherapie für HIV: Es werden eine ganze Anzahl verschiedener Strategien erforscht, unter anderen die spezifische Hemmung viraler Eiweisse, die Spaltung der viralen RNA und Impfung.
• Einsatz von anti-sense Oligonukleotiden: Oligonukleotide, welche sich an spezifische mRNA anlagern können, verhindern die Ablesung der mRNA und damit die Bildung des Proteins. Mit dieser Strategie können Viren bekämpft werden. Originalliteratur.
  

Therapie von multifaktoriellen Krankheiten

Gentherapie für Krebs: Unter den verschiedenen möglichen Strategien finden sich spezifische immunologische Eliminierung der Tumorzellen und die spezifische Hemmung von Onkogenen. Mehr über diese Strategien.