ژن درمانی

ژن درمانی فرایندی است که با تغییر ژنوتیپ معیوب به سالم برای درمان بیماری استفاده می‌شود. بنابراین هدف جایگزین کردن آلل معیوب یک ژن با آلل سالم و فعال می‌باشد. اگرچه این روش درمان ژنتیکی، تکنولوژی نوپایی است اما موفقیت‌های چشمگیری از آغاز تا کنون داشته است.

اولین تلاش‌ها در زمینه‌ی ژن درمانی برای درمان یک بیماری بسیار نادر وراثتی به نام بیماری نقص مختلط حاد ایمنی Severe Combined Immuno Difeiciency (SCID) صورت گرفت. فرد مبتلا به SCID به‌طور ذاتی فاقد سیستم ایمنی است. نوزاد‌هایی که با این نقص متولد می‌شوند در اولین برخورد با عوامل عفونی به عفونت‌های شدید دچار شده و در اثر آن می‌میرند. در دهه‌ی 1970 در آمریکا پسری به نام David با عنوان bubble baby (کودک حبابی) توجه عموم را جلب کرد. وی کودکی مبتلا به SCID بود که پزشکان با تشخیص به موقع بیماری‌اش او را در حباب پلاستیکی ویژه‌ای که محیط استریل و ایزوله در مقابل هرگونه باکتری و ویروسی بود نگهداری کردند. او تقریباً تمام زندگی‌اش را در داخل حباب گذراند و با رشد وی ابعاد اتاق شیشه‌ای او – که از او در برابر میکروب‌ها حفاظت می‌کرد، اما در مقابل تماس فیزیکی او را با جهان خارج قطع می‌کرد – نیز بزرگ‌تر می‌شد.

در سپتامبر 1990  French Anderson W. و همکارانش، از مؤسسه‌ی ملی سلامت و غذا و داروی آمریکا، دختری را که چهار سال از عمرش را در حباب گذرانده بود و از SCID رنج می‌برد را با ژن درمانی نجات دادند.

تقریباً در 25? موارد این بیماری در اثر فقدان وراثتی یک آنزیم منفرد به نام آدنوزین دِآمیناز (ADA) می‌باشد که یکی از واکنش‌های مسیر کاتابولیسم پورین‌‌ها را کاتالیز می‌کند. در فقدان این آنزیم آدنوزین در سلول‌ها تجمع یافته و به سطوح سمی خود می‌رسد. سلول‌های حساس، به‌طور عمده لنفوسیت T و B که در ایمنی و دفاع بدن نقش دارند را نابود می‌کنند.

در فرایند ژن درمانی این دختر تیم دکتر اندرسون گلبول‌های سفید دختر را از خونش استخراج کردند و سلول‌ها را در آزمایشگاه کشت دادند و ژن سالم ADA را به ژنوم سلول‌ها وارد کردند، سپس سلول‌های خونی که قادر به بیان ژن ADA بودند را به جریان خون برگرداندند. بعد از این درمان او توانست به مدرسه برود و در برابر سیاه سرفه واکسینه شود. اما از آنجا که عمر سلول‌های خونی کوتاه است فرایند ژن درمانی باید به طور دوره‌ای تکرار شود.

به چند دلیل SCID کاندیدای خوبی برای درمان از طریق ژن درمانی بود:

1- برای این بیماری درمانی وجود نداشت.

2- SCID نتیجه‌ی تغییر ژن خاصی است که از پیش ایزوله و کلون شده بود بنابراین برای استفاده در ژن درمانی فراهم بود.

3- سلول‌هایی که هدف درمان‌اند، لنفوسیت‌ها، به راحتی قابل استخراج و کشت در محیط آزمایشگاه بودند و همچنین بعد از اصلاح ژنتیکی، آن‌ها را می‌توان مجدداً به جریان خون بازگرداند.

اساس کار

در اغلب موارد مطالعات ژن درمانی، نسخه‌ی صحیح یا نوع وحشی ژن به ژنوم الحاق می‌شود. برای وارد کردن ژن به سلول‌های مورد نظر باید از یک حامل که وکتور نامیده می‌شود استفاده کرد. رایج‌ترین وکتوری که مورد استفاده است ویروس‌ها می‌باشند. ویروسی که به عنوان وکتور استفاده می‌شود به طور ژنتیکی معیوب شده و قادر به بیماری‌زایی نیست اما هنوز قادر است که ژنومش را با DNA سلول میزبان ترکیب کند. سلول‌های مورد نظر با وکتور آلوده می‌شوند و وکتور با الصاق یافتن به ژنوم سلول میزبان محموله‌اش را وارد ژنوم سلول می‌کند.‌

انواع وکتور در ژن درمانی

رترویروس‌ها  Retroviruses

ماده‌ی ژنتیکی در رترویروس‌ها به شکل RNA است، در حالی‌که ماده‌ی ژنتیکی میزبان‌شان به شکل DNA می‌باشد. هنگامی که یک روترویروس سلول میزبان را آلوده می‌کند قبل از ترکیب ماده‌ی ژنتیکش با ژنوم میزبان، لازم است که نسخه‌ی DNA ای از مولکول RNA اش تولید کند. این عمل طی فرایندی به نام رونویسی معکوس توسط آنزیم ترنس کریپتاز معکوس انجام می‌شود (اساساً DNA به عنوان الگو برای تولید RNA می‌باشد اما عمل این آنزیم عکس است، به همین دلیل به این صورت نامگذاری شده است). بعد از تولید این نسخه‌ی DNA و آزاد شدن آن در هسته‌ی سلول میزبان توسط آنزیم اینتگراز Integraz وارد DNA میزبان می‌شود. اکنون ماده‌ی ژنتیک ویروس قسمتی از ماده‌ی ژنتیک میزبان شده و همراه با آن همانندسازی و تقسیم می‌شود.

یکی از معایب استفاده از روترویروس‌ها این است که عمل آنزیم اینتگراز به‌طور تصادفی است بنابراین الصاق ماده‌ی ژنتیک ویروس در مکان مشخصی از ژنوم میزبان صورت نمی‌گیرد. به این ترتیب ممکن است الصاق در میان یکی از ژن‌های سلول میزبان صورت گیرد و ژن در اثر جهش از کار بیافتد و یا اگر در محدوده‌ی یک ژن تنظیم کننده‌ی تقسیم سلولی الصاق شود، تقسیم سلول از کنترل خارج شده و سلول سرطانی می‌شود. به‌علاوه روترویروس‌ها تنها قادر به آمیخته شدن با ژنوم سلول‌هایی می‌باشند که تقسیم سلولی فعال دارند. بنابراین اگرچه در ژن درمانی SCID که سلول‌های هدف قادر به تقسیم می‌باشند وکتور مناسبی است، اما برای درمان‌هایی که سلول‌های هدف تقسیم نمی‌شوند مثل سلول‌های عضلانی قابل استفاده نمی‌باشد.

 آدنویروس‌ها Adenoviruses

در تعدادی از پروژه‌های ژن درمانی نظیر درمان فیبروزکیستیک از آدنوویروس‌ها به عنوان وکتور استفاده می‌شود. ماده ژنتیک آدنوویروس‌ها به شکل DNA دو رشته‌ای می‌باشد. آدنوویروس‌ها در انسان سبب عفونت‌های تنفسی، روده‌ای و چشمی می‌شوند. هنگامی که این ویروس‌ها سلول میزبان را آلوده می‌کنند، برخلاف روترویروس‌ها، ماده‌ی ژنتیک‌شان را با ژنوم میزبان الصاق نمی‌کنند و مولکول DNA‌شان در هسته‌ی سلول آزاد می‌ماند. بنابراین خطر سرطانی شدن سلول‌ها در کاربرد این وکتور وجود ندارد و همچنین برای آلوده سازی سلول‌هایی که قدرت تقسیم ندارند نیز قابل استفاده می‌باشد. اما مشکلی که در به‌کارگیری آدنوویروس‌ها به عنوان وکتور وجود دارد، عدم همانندسازی مولکول DNA آزاد هنگام همانندسازی ژنوم میزبان برای تقسیم سلولی می‌باشد و از این رو سلول‌های حاصل از تقسیم فاقد ژن اضافه شده می‌‌باشد و باید در هر نسل سلولی دوباره مراحل آلوده‌سازی تکرار گردد.

روش‌های غیر ویروسی  Non-viral methods

ویروس‌ها تنها راه وارد کردن DNA به سلول‌ها نیستند؛ طی فرایندی به نام ترنسفکشن (Transfection) سلول‌ها می‌توانند ‌DNA مورد نظر را از محیط‌شان جذب کنند. از روش‌های ترنسفکشن تکان دادن سلول با جریان الکتریکی، یا فیوز کردن با لیپوزم حاوی ژن مورد نظر می‌باشد.

اگرچه این تکنیک‌ها به اندازه‌ی وکتور‌های ویروسی کارایی ندارند، اما به جهت ایمنی بیش‌تر نسبت به استفاده از ویروس‌ها مورد توجه‌اند و در فناوری ساخت وکتور تلاش‌های زیادی برای پیشرفت این تکنیک‌ها صورت گرفته و می‌گیرد.

با اینکه در آغاز هدف آزمایش‌های ژن درمانی، درمان بیماری‌های ژنتیکی نظیر SCID، فیبروزکیستیک و هایپرکلسترولمیای ارثی بود، اما امروزه نگاه دانشمندان از چنین بیماری‌های نادری که به علت نقص یک ژن منفرد ایجاد می‌شوند به سمت بیماری‌های رایج‌تر که اساس پیچیده‌تری دارند از قبیل انواع سرطان و بیماری‌های قلبی – عروقی متمرکز شده است که در شماره‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت.

 درمان سرطان                         

محققان بالینی سال‌ها در تلاش بودند تا از یافته‌های زیست مولکولی در درمان سرطان بهره جویند اما این تلاش‌ها موفقیت چندانی نداشت. با ظهور و پیشرفت مهندسی ژنتیک و گسترش فناوری‌های وابسته به آن تکنیک‌های ژن درمانی به یاری محققان آمد و امیدهای تازه‌ای شکل گرفت. امروزه محققان زیادی در تلاش اند تا با به کارگیری تکنیک‌های ژن درمانی، روش‌های نویی در درمان انواع سرطان بیابند.

روش‌های ژن درمانی سرطان‌ها را می‌توان به دو دسته‌ی کلی تقسیم کرد. برخی روش‌ها، سلول‌های سالم را هدف قرار می‌دهند به این منظور که توانایی آنها را در مقابله با سلول‌های سرطانی افزایش دهند. دسته‌ی دیگر، روش‌هایی اند که سلول‌های سرطانی را هدف قرار می‌‌دهند تا از رشد آنها جلوگیری کنند و یا آنها را تخریب کنند.

در زیر به برخی تکنیک‌های ژن درمانی سرطان اشاره می‌شود:

• دانشمندان تلاش می‌کنند که ژن جهش یافته را که باعث سرطان شده است را با ژن سالم جابه جا کنند. برای مثال جهش در ژن P53 که یک ژن آنتی توموردر سلول‌های سالم بدن است می‌تواند سبب سرطان شود. در واقع P53 یک مکانیسم طبیعی و ذاتی برای توقف رشد تومور در بدن است. جاگزینی P53 معیوب با نسخه‌ی سالم آن می‌تواند این مکانیسم طبیعی مقابله با سرطان را به سلول‌ها بازگرداند.

• برخی دانشمندان بر روی راه‌هایی تحقیق می‌کنند که پاسخ ایمنی بیمار را در مقابل تومور تقویت کنند. در این روش‌ها دانشمندان با بهره‌گیری از تکنولوژی ژن درمانی، توانایی طبیعی بدن در حمله به سلول‌های سرطانی را تحریک می‌کنند. در یکی از متود‌های تحت بررسی دانشمندان مقداری نمونه خون از بیمار می‌گیرند و ژن تولید کننده‌ی پروتئین گیرنده‌ی Tcell را به لنفوسیت‌های T  نمونه خون بیمار منتقل می‌کنند. این سلول‌ها در مقابله با آنتی‌‌ژن آن را می‌بلعند. سپس نمونه‌ی دستورزی شده را به جریان خون بیمار بازمی‌گردانند. در بدن لنفوسیت‌ها از این ژن، پروتئین TCR تولید می‌کنند که در سطح سلول‌ جامی‌گیرند. TCRها مولکول‌های خاصی را در سطح سلول‌های سرطانی شناسایی می‌کنند و به آن متصل می‌شوند. به این ترتیب لنفوسیت به سطح سلول سرطانی هدایت شده و به آن اتصال یافته و شروع به بلعیدن آن می‌کند. با این روش لنفوسیت قادر می‌شود به تومورحمله کند و آن را نابود سازد.

• در نوعی درمان محققان ژن‌های انتهاری را به سلول‌های سرطانی معرفی می‌کنند. سپس داروهای سمی که به صورت غیرفعال یا prodrug می‌باشند را به بیمار می‌دهند. محصول ژن‌های اینتهاری پروتئینی است که با ایجاد تغییر در ساختمان داروی غیرفعال، آن را فعال می‌کند. داروی فعال شده آن سلول‌های سرطانی را تخریب می‌کند.

• در روشی دیگر که سلول‌های سرطانی را هدف قرار می‌دهند، دانشمندان در تلاش اند تا با تکنیک‌های ژن درمانی حساسیت سلول‌های سرطانی را نسبت به شیمی درمانی ، پرتو درمانی و درمان‌های دیگر بالا ‌برند. محققان، سلول‌های بنیادین سازنده‌ی خون را - که آسیب پذیری آنها نسبت به شیمی درمانی و پرتو درمانی، استفاده از این روش‌ها را محدود می‌سازد- از بدن بیمار خارج می‌کنند و با وارد کردن برخی ژن‌ها آنها را نسبت به اثرات جانبی دز بالای داروهای ضد سرطان مقاوم‌تر می‌سازند و سپس آنها را به بدن بیمار بازمی‌گردانند.

• از جمله توانایی‌های توده‌های سرطانی رگ‌سازی (آنژیوژنز) می‌باشد تا از این طریق مواد غذایی لازم برای تکثیر بیشتر را دریافت کنند. از این رو  تلاش می‌شود با مهار آنژیوژنز از رشد توده و متاستازی جلوگیری کنند. عده‌ای از محققان در به خدمت‌گیری فناوریهای مهندسی ژن در این بخش از روند درمان متمرکز شده اند. 

نویسنده: سمانه عنایتی