Nghiên cứu liệu pháp gen

Nghiên cứu liệu pháp gen

Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ y sinh học, liệu pháp gen đã và đang được quan tâm nghiên cứu và thử nghiệm. Những thành tựu thu được từ liệu pháp gen đã mở ra những phương pháp chữa trị các bệnh liên quan đến sự thay đổi của gen và là hướng đi đầy triển vọng trong tương lai. A. Sơ lược về liệu pháp gen: I - Liệu pháp gen là gì? Liệu pháp gen là tập hợp các kĩ thuật đưa gen liệu pháp (gen lành hay gen cần thiết) vào tế bào người bệnh để thay thế, sửa chữa, kiềm chế gen bị hỏng hoặc phục hồi các gen bị hỏng (bị lỗi, bị sai lệch) nhằm phục hồi hoặc củng cố chức năng của gen bị hỏng và có thể chữa các bệnh do rối loạn di chuyền. 1. Khái niệm gen liệu pháp : Gen liệu pháp (therapeutic gene) là thuật ngữ để chỉ các gen có chức năng có thể sử dụng vào mục đích điều trị và chữa bệnh cho con người. Có nhiều loại gen liệu pháp với các chức năng khác nhau. Các gen liệu pháp có thể là : • Các gen lành, là các gen hoạt động bình thường, được đưa vào cơ thể tế bào sống để thay thế các gen hỏng, gen mất chức năng, khôi phục hoạt động bình thường của cơ thể. • Gen mã hóa một protein đặc hiệu, khi vào cơ thể sống có thể tạo nên một protein đặc hiệu. Các protein đặc hiệu này có thể ức chế hoạt động của một gen khác trong tế bào hay kìm hãm khả năng phân chia của tế bào hoặc gây chết tế bào bệnh. • Các gen khi đưa vào tế bào hoạt động đồng thời với các gen bệnh (gen bị đột biến trong tế bào) làm hạn chế tác động của các gen bênh, hoặc bù đắp cho hoạt động của các gen hỏng. 1 • Các gen bị bất hoạt được đưa vào tế bào nhằm thay thế cho gen lành nào đó, nhằm hạn chế các sản phẩm không cần thiết của gen lành, hoặc tạo ra trạng thái mới cho tế bào, có tác dụng chữa bệnh. • Các đoạn oligo nucleotid, có tác dụng kìm hãm các hoạt động của gen hỏng, gen bị bệnh trong tế bào. Ngày nay với sự phát triển của công nghệ sinh học phân tử, các chiến lược của liệu pháp gen, khái niệm gen liệu pháp ngày càng được mở rộng, các gen liệu pháp có hiệu quả cao ngày càng được sử dụng nhiều. 2. Các loại liệu pháp gen Kĩ thuật đưa một gen lạ vào cơ thể người rất phức tạp, con người chưa làm chủ hoàn toàn được vị trí gắn của gen mới nên có thể gây hiện tượng gen liệu pháp gắn vào bộ gen sai vị trí. Các sai lệch này có thể gây ra các tác dụng không mong muốn : kích hoạt các gen tiền ung thư, gen lão hóa,… Liệu pháp gen được chia ra làm hai nhóm phương pháp chính là liệu pháp gen soma và liệu pháp gen giao tử (còn gọi là liệu pháp gen tế bào mầm) • Liệu pháp gen soma là liệu pháp gen điều trị thay thế hoặc sửa chữa các gen hỏng, gen bệnh của tế bào soma trong cơ thể người bệnh. Liệu pháp gen này có thể sử dụng một số loại tế bào như : tế bào lympho, nguyên bào sợi, tế bào gốc, tế bào gan, tế bào biểu bì,… Liệu pháp gen soma đã chữa trị khỏi hoặc hãn chế biểu hiện bệnh cho một số bệnh : thiếu hụt miễn dịch tổ hợp trầm trọng (SCID – gen bị lỗi dẫn đến thiếu hụt và suy giảm trầm trọng chức năng của các tế bào lympho T &B), ung thư, thiếu máu hồng cầu liềm, u xơ nang, … • Liệu pháp gen tế bào mầm là phương pháp điều trị, sửa chữa, thay thế gen hỏng cho các giao tử (tinh trùng hoặc tế bào trứng) nhằm tạo ra thế hệ sau bình thường. Đây đang là vấn đề được tranh luận vì lý do đạo đức và nhân đạo cũng như vấn đề nhân bản người. 2 II . Các bước cơ bản trong liệu pháp gen. Mục đích của liệu pháp gen là đưa một gen mới còn gọi là gen liệu pháp vào tế bào người làm cho gen mới gắn vào đúng vị trí cần thiết và hoạt động bình thường. Do đó, thực hiện liệu pháp gen gồm một số bước cơ bản : 1. Tách dòng gen liệu pháp : Dùng các phương pháp tách dòng gen đưa gen liệu pháp vào vật chuyển và truyền vào một dòng tế bào thuần, ở đây là tế bào virus. 2. Chọn vector chuyển gen phù hợp với gen liệu pháp : Vector chuyển gen là phương tiện dùng để chuyển các gen liệu pháp vào trong tế bào đích. Vector chuyển gen phải phù hợp với gen cần chuyển và phải phù hợp cả với tế bào đích. Một số đặc điểm chung của vector chuyển gen : + Đảm bảo đưa các gen liệu pháp vào tế bào dễ dàng, không gây tổn thương hay ảnh hưởng đến các gen khác của bộ gen. + Phải có khả năng mang một gen liệu pháp có kích thước càng lớn càng tốt. + Có sự linh hoạt với tế bào đích để có khả năng gắn các gen vào vị trí định trước. 3 + Có tính thuận tiện,an toàn, dễ sử dụng trong y tế cộng đồng. Hiện nay dựa vào bản chất và nguồn gốc của vector liệu pháp gen, người ta chia các vector liệu pháp làm hai nhóm : • Vector có bản chất virus Vector virus rất thuận tiện cho việc đưa gen vào tế bào, tuy nhiên còn có sự lo ngại về phản ứng phụ do sự nhiễm virus có thể làm tổn thương tế bào hay ung thư. Ngoài ra virus còn bị giới hạn bởi kích thước gen mà chúng mang, những khó khăn trong việc nuôi cấy và chuẩn hóa nuôi cấy để thu virus khiến giá thành vector virus cao hơn so với vector plasmid. Về cơ bản người ta loại bỏ các gen của virus có liên quan đến việc gây bệnh và giữ lại các yếu tố cần thiếu cho việc nhân bản và gây nhiễm. Một số vector virus thường dùng : Vector Ưu điểm Nhược điểm Adenovirus Nhiểm các tế bào không phân chia Có năng suất nuôi cấy cao Gây miễn dịch mạnh Sự biểu hiện ngắn Retrovirus Tích hợp DNA vào nhiễm sắc thể ký chủ Chỉ nhiễm được vào tế bào đang phân chia Adeno-associate virus (AAV) Nhiễm các tế bào không phân chia Nhiễm được nhiều loại tế bào Khả năng tích hợp hạn chế Sự biểu hiện ngắn Herpes simplex virus (HSV) Nhiễm được nhiều loại tế bào Năng suất nuôi cấy thấp Độc tế bào Sự biểu hiện ngắn • Các vector không có bản chất virus Các vector không có bản chất virus không tự lây nhiễm được mà cần có sự trợ giúp của có chế chuyển gen độc lập. Các cơ chế này có thể như tiêm bắp, uống, xịt mũi hay xuyên da. Các cơ chế này thường có hiệu quả thấp nên cần một lượng lớn DNA mới cho hiệu quả mong muốn. các cơ chế hiệu quả hơn bao gồm đạn đặc hiệu, liposom, lipoplex và polyplex, DNA trần, oligonucleotid,… 4 Tạo các vector tái tổ hợp và kĩ thuật đưa vector mang gen liệu pháp vào tế bào chủ hoặc cơ thể III - Các kĩ thuật cơ bản của liệu pháp gen Mục đích cuối cùng của liệu pháp gen là đưa các gen liệu pháp vào trong tế bào đích. Sử dụng các vector liệu pháp khác nhau cho các tế bào đích thích hợp. Để đảm bảo hiệu quả cao trong chữa bệnh bằng liệu pháp gen, cần căn cứ vào đặc điểm loại tế bào đích, loại vector liệu pháp để lựa chọn kĩ thuật chuyển gen thích hợp. Hiện nay, liệu pháp gen có hai phương pháp cơ bản là chuyển gen ngoài cơ thể sống ( ex vivo) và chyển gen trực tiếp vào cơ thể sống ( in vivo) • Ex vivo: Là phương pháp lấy tế bào bị bệnh có gen hỏng ra khỏi cơ thể, thực hiện các liệu pháp gen ngoài cơ thể tạo các tế bào đã thay các gen lành cho các gen bị hỏng (gen gây bệnh), sau đó tế bào lành được nhân lên một khối lượng đủ lớn rồi đưa trở lại cơ thể. Phương pháp này có thể làm hạn chế biểu hiện bệnh hoặc chữa khỏi bênh hoàn toàn. 5 • In vivo: Không cần lấy tế bào bị bệnh ra khỏi cơ thể sống, ít thao tác liệu pháp hơn phương pháp ex vivo nhưng hiệu quả thương không rõ rệt do không kiểm soát được mức độ hòa nhập của các gen liệu pháp trong tế bào bị bệnh Dưới đây là một số kỹ thuật thường được sử dụng trong liệu pháp gen: • Kỹ thuật vi tiêm : sử dụng vi tiêm để đưa các vector liệu pháp trực tiếp vào tế bào đích, kĩ thuật này sử dụng trong cả phương pháp in vivo và ex vivo. • Kỹ thuật điện xung : nhờ tác động của xung điện tạo nên các lỗ màng, giúp cho vector chuyển gen không có bản chất virus dễ dàng mang gen liệu pháp vào trong tế bào, kĩ thuật này sử dụng trong phương pháp ex vivo • Kỹ thuật bắn gen (gene gun): là một trong những kĩ thuật có hiệu quả cao. Sử dụng thiết bị bắn gen và các vi đạn làm bằng vàng nguyên chất với kích thước 1-6 micromet. Các vi đạn được trộn với vector mang gen liệu pháp 6 và phụ gia tạo thành một lớp màng bao quanh vi đạn. bằng lực đẩy mạnh của khí ga hoặc khí heli trong thiết bị làm cho vi đạn đã được bao bọc bởi gen liệu pháp đi vào trong tế bào. B. Liệu pháp gen điều trị ung thư: I. Ung thư : Ung thư là một nhóm các bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn). Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của DNA, tạo nên các đột biến ở các gene thiết yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan trọng khác. Một hoặc nhiều đột biến được tích lũy lại sẽ gây ra sự tăng sinh không kiểm soát và tạo thành khối u. Một 7 nghiên cứu gần đây cho rằng, cơ chế lây lan được vận hành bởi sự phối hợp của một nhóm gen, khi chúng kích hoạt với nhau sẽ gán các đặc tính xâm lấn cho tế bào biểu mô. Các phương pháp điều trị ung thư phổ biến bao gồm phẫu thuật, hóa trị liệu, xạ trị liệu, miễn dịch trị liệu. Các phương pháp này có nhược điểm: Phẫu thuật không hiệu quả với các chứng di căn. Hóa trị liệu, xạ trị liệu và miễn dịch trị liệu gây thương tổn đến các mô lành. II - Liệu pháp gen điều trị ung thư: Từ năm 1989 đến 2006, có hơn 500 nghiên cứu lâm sàng về liệu pháp gen đã được thực hiện, trong đó có 70% là để chữa ung thư. Một số kỹ thuật liệu pháp gen đang được tập trung nghiên cứu, đó là: 1. Thay những gen bị thiếu hoặc bị thay đổi bằng những gen khỏe mạnh: Về lý thuyết phương pháp này đơn giản, nhưng thực tế thực hiện khá khó khăn. Một gen đang được tập trung phát triển và thay thế là p53. p53 có bản chất là protein, nằm trong điều hòa chu kỳ tế bào. Khi có tổn thương DNA, p53 làm ngừng chu trình tế bào cho đến khi DNA bị tổn thương được sửa chữa hoặc làm cho tế bào chết theo lập trình (apoptosis). Ngoài ra, một nghiên cứu mới đây cho thấy, p53 còn là gen duy nhất cho tới nay có khả năng kiềm chế sự kích hoạt của toàn bộ nhóm gen gây đặc tính xâm lấn của ung thư. 8 Với những đặc tính trên, p53 được coi là gen có khả năng ức chế khối ung thư tốt nhất, song với phần lớn các bệnh ung thư ở người, gen p53 bị đột biến làm bị thiếu hoặc thay đổi, dẫn đến mất khả năng chống lại ung thư. Các nhà khoa học hiện nay đang nghiên cứu việc tạo ra một gen p53 hoàn toàn khỏe mạnh và đưa chúng vào cơ thể người bệnh nhằm điều trị ung thư. Gencidine là sản phẩm liệu pháp gen đầu tiên được cấp phép, tại Trung Quốc (2003), là một adenovirus tái tổ hợp, chứa gen p53. Gendicine được sản xuất nhờ tế bào SBN, một dòng tế bào nguồn gốc từ tế bào thận phôi người. Quá trình nuôi cấy bề mặt sử dụng hệ thống nồi nuôi cấy có các đĩa, sau đó phát triển thêm quá trình nuôi cấy kiểu cột nhồi cho năng suất cao hơn. Ngoài ra, kỹ thuật nuôi cấy chìm theo lô với môi trường không huyết thanh cũng được ứng dụng. 9 2. Tăng cường đáp ứng miễn dịch của bệnh nhân đối với ung thư: Liệu pháp gen được sử dụng nhằm kích thích khả năng tự nhiên của cơ thể chống lại tế bào ung thư. Năm 2011, đã có bước đột phá lớn trong việc tạo ra các tế bào bạch cầu lympho T riêng biệt nhằm tăng đề kháng của bệnh nhân chống lại mầm bệnh CD-19 trong ung thư máu Các tế bào lympho T trong mẫu máu lấy từ bệnh nhân được đưa vào những loại gen có thế kích thích tế bào sản xuất ra một loại protein là thụ thể tế bào T (TCR – T-cell receptor), sau đó đưa ngược trở lại cơ thể. Bên trong cơ thể, các lympho T được kích thích sản xuất TCR, tăng khả năng nhận diện phức hợp MHC của các tế bào trình diện kháng nguyên (APC), qua đó nhận ra và tấn công các tế bào u. Các tế bào T này có khả năng ghi nhớ và có thể tiếp tục ngăn các phân tử ung thư xuất hiện trở lại 10 [...]... phục vụ chữa trị C Kết luận: Liệu pháp gen là một phương pháp chữa bênh có rất nhiều triển vọng, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới nhằm chữa trị các bênh hiểm nghèo như ung thư, các bệnh di truyền mà y học ngày nay còn gặp nhiều khó khăn Với sự phát triển của sinh học phân tử, giải mã thành công bộ gen người càng thúc đẩy sự phát triển của liệu pháp gen Tuy nhiên liệu pháp gen vẫn còn có những khó khăn... Ganciclovir Một số phương pháp khác: 4 Đưa gen vào trong các tế bào ung thư làm chúng nhạy cảm hơn với hóa trị, xạ trị, Tách những tế bào mầm tạo máu khỏe mạnh ra khỏi cơ thể rồi đưa gen vào các tế bào này giúp chúng tăng khả năng kháng cự lại với các tác dụng phụ của những loại thuốc kháng ung thư, sau đó đưa trở lại vào cơ thể bênh nhân Các phương pháp này cần có thời gian nghiên cứu và thử lâm sàng trước... dụng gen “tự sát” (suicide gene): 3 Các gen tự sát khi đưa vào trong tế bào sẽ tự làm hủy hoại tế bào đó thông qua sự chết theo lập trình (apoptosis) Những tiền chất của thuốc (dạng bất hoạt của thuốc độc) được đưa vào cơ thể, sau đó chúng hoạt hóa những gen tự sát dẫn đến sự phá hủy các tế bào ung thư Phương pháp này được sử dụng trong điều trị bệnh u não nhằm ngăn ngừa tái phát bằng cách đưa gen tự... vẫn còn có những khó khăn như đòi hỏi các phương tiện KH-KT cao, tốn kém; đáp ứng miễn dịch của cơ thể, sự hiểu biết của con người về gen về các vector virus vẫn còn chưa đầy đủ và các rào cản về đạo đức học D Tài liệu tham khảo: 11 1 TS Khuất Hữu Thanh, Liệu pháp gen – nguyên lý và ứng dụng”, NXB Khoa học 2 kỹ thuật, 2005 GS.TS Nguyễn Văn Thanh, “Công nghệ sinh học Dược”, NXB Giáo dục Việt 3 Nam,... 7th 1994 7.Department of Immunology, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France , “A phase I/II study of herpes simplex virus type 1 thymidine kinase "suicide" gene therapy for recurrent glioblastoma”, Nov 20th 1998 8.National Cancer Institute: Gene therapy for cancer: Questions and Answers 12 . gen tiền ung thư, gen lão hóa,… Liệu pháp gen được chia ra làm hai nhóm phương pháp chính là liệu pháp gen soma và liệu pháp gen giao tử (còn gọi là liệu. mang gen liệu pháp vào tế bào chủ hoặc cơ thể III - Các kĩ thuật cơ bản của liệu pháp gen Mục đích cuối cùng của liệu pháp gen là đưa các gen liệu pháp