Tiểu luận môn Sinh Học Phân Tử NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA LIỆU PHÁP GEN TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH

Liệu pháp gen là một hướng điều trị hiệu quả đối với một số các bệnhliên quan đến di truyền, mất trí nhớ, bệnh về mắt,… ung thư đầu- cổ, vòmhọng,…do đây là một căn bệnh nan y rất khó có

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ

Huế, Tháng 1/2014

Để hoàn thành bài tiểu luận này, em xin chân thành cảm

ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Bá Lộc đã giúp đỡ, đóng góp

ý kiến để em hoàn thành đề tài tiểu luận của mình.

Huế, tháng 1 năm 2014.

Học viên thực hiện

Lê Thị Bích Ngọc

MỤC LỤC

Trang A Phần mở đầu 1

I Đặt vấn đề 1

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

III Phương pháp nghiên cứu 2

B Phần nội dung 3

Chương 1: Sơ lược về liệu pháp gen 3

1.1.Liệu pháp gen là gì 3

1.1.1.Khái niệm liệu pháp gen 3

1.1.2 Khái niệm gen liệu pháp 3

1.2 Nguyên tắc cơ bản của điều trị bằng liệu pháp gen 4

1.3.Phân loại liệu pháp gen 4

1.3.1.Liệu pháp gen Soma 4

1.3.2.Liệu pháp gen tế bào mầm 5

1.4.Cơ sở sinh học của liệu pháp gen 5

1.5.Các bước cơ bản trong liệu pháp gen 6

1.6.Nguyên lý của liệu pháp gen 6

1.6.1.Tách dòng gen liệu pháp 6

1.6.2.Chọn vectơ chuyển gen phù hợp với gen liệu pháp 7

1.7.Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 9

Chương 2: Liệu pháp gen điều trị bệnh 12

2.1 Trong điều trị các bệnh do rối loạn di truyền 12

2.1.1 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đơn gen 12

2.1.2 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đa 12

2.1.3 Trong chữa các bệnh do nhiễm trùng 12

2.2 Một số xu hướng chữa bệnh bằng liệu pháp gen 13

2.2.1 Thay thế gen liệu pháp vào vị trí gen hỏng 13

2.2.3 Sửa chữa gen 14

2.2.4 Ức chế tế bào đích 14

2.2.5 Tiêu diệt tế bào đích 14

2.3 Hội chứng suy giảm miễn dịch HIV/AIDS 15

2.3.1 Khái niệm 15

2.3.2 Nguyên nhân 16

2.3.3 Biểu hiện bệnh 16

2.3.4 Xu hướng chủ yếu của liệu pháp gen trong điều trị nhiễm HIV/ AIDS 16

2.3.5 Một số liệu pháp gen trong điều trị bệnh AIDS 17

Chương 3 Một số rủi ro trong điều trị bệnh bằng liệu pháp gen 19

C KẾT LUẬN 20

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

y Vậy liệu pháp gen là gì và hiện nay đang được nghiên cứu như thế nào chúng

ta chùng tìm hiểu trong đề tài sau đây “Nghiên cứu ứng dụng của liệu pháp

gen trong điều trị bệnh”.

Liệu pháp gen là một hướng điều trị hiệu quả đối với một số các bệnhliên quan đến di truyền, mất trí nhớ, bệnh về mắt,… ung thư đầu- cổ, vòmhọng,…do đây là một căn bệnh nan y rất khó có thể chữa trị và ảnh hưởng lớnđến sức khỏe của bệnh nhân

Trong bài tiểu luận này căn bệnh được chú trọng nghiên cứu là căn bệnhthế kỷ HIV/AIDS do số lượng ca nhiễm bệnh rất lớn và ngày càng có xu hướngtăng mạnh do đời sống xã hội xuất hiện nhiều tệ nạn khiến việc lây lan của cănbệnh này ngày một tăng nhanh tại khắp các quốc gia trên thế giới và rất khóđiều trị Để hiểu rõ hơn chúng ta sẽ cùng nghiên cứu phần nội dung sau đây

II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là liệu pháp gen và điều trị các bệnh

- Phạm vi nghiên cứu: chỉ nghiên cứu điều trị các bệnh bằng phươngpháp liệu pháp gen

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp phân tích tổng hợp cáctài liệu được lấy từ các nguồn thông tin như thư viên, báo đài, internet Dựa vào

sự phân tích tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài

Mặc dù đề tài được chuẩn bị khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn còn sơsuất, rất mong được sự góp ý của quý thầy hướng dẫn Và các bạn đồng nghiệp.Tác giả chân thành cảm ơn!

CẤU TRÚC TIỂU LUẬN:

Ngoài phần mở đầu và kết luận thì nội dung của tiểu luận gồm có:

Chương I: Sơ lược về liệu pháp gen

Chương II: Liệu pháp điều trị bệnh

Chương III: Một số rủi ro trong điều trị bằng liệu pháp gen

B PHẦN NỘI DUNG

Chương I: SƠ LƯỢC VỀ LIỆU PHÁP GEN

Liệu pháp gen là một phương pháp mới ra đời tuy vậy đối với các rối loạn ditruyền nó lại là hướng điều trị nhiều triển vọng nhất, tùy vào mỗi nhà nghiêncứu sẽ đưa ra các định nghĩa khác nhau và định nghĩa sau đây được sử dụngrộng rãi nhất

1.1 Liệu pháp gen là gì?

1.1.1 Khái niệm liệu pháp gen:

Liệu pháp gen là 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 phụchồi các gen bị hỏng (bị lỗi, bị sai lệch) nhằm phục hồi hoặc củng cố chức năngcủa gen bị hỏng và có thể chữa các bệnh do rối loạn di chuyền

1.1.2 Khái niệm gen liệu pháp:

Gen liệu pháp (therapeutic gene) là thuật ngữ để chỉ các gen có chứcnăng 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 tếbào sống để thay thế các gen hỏng, gen mất chức năng, khôi phục hoạt độngbình thường của cơ thể

- Gen mã hóa một protein đặc hiệu, khi vào cơ thể sống có thể tạo nênmột protein đặc hiệu Các protein đặc hiệu này có thể ức chế hoạt động của mộtgen khác trong tế bào hay kìm hãm khả năng phân chia của tế bào hoặc gâychết 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 đắpcho hoạt động của các gen hỏng

- Các gen bị bất hoạt được đưa vào tế bào nhằm thay thế cho gen lànhnào đó, nhằm hạn chế các sản phẩm không cần thiết của gen lành, hoặc tạo ratrạng thái mới cho tế bào, có tác dụng chữa bệnh

- Các đoạn oligo nucleotid, có tác dụng kìm hãm các hoạt động của genhỏng, gen bị bệnh trong tế bào

1.2 Nguyên tắc cơ bản của điều trị bằng liệu pháp gen

- Theo dõi và hiểu biết cặn kẽ quá trình, cơ chế phát sinh bệnh, đặc tính

di truyền của bệnh

- Nắm vững cấu trúc và chức năng của gen gây bệnh, gen hỏng, gen đột biến và cấu trúc, chức năng của gen liệu pháp

- Dự đoán hiệu quả của liệu pháp Nếu hiệu quả cao mới áp dụng

- Thử nghiệm nhiều lần với động vật, khi đạt hiệu quả cao mới áp dụng cho con người

1.3 Phân loại liệu pháp gen

Liệu pháp gen được chia ra làm hai nhóm phương pháp chính là liệupháp gen soma và liệu pháp gen giao tử (còn gọi là liệu pháp gen tế bào mầm)

1.3.1 Liệu pháp gen soma (Somatic Gen Therapy - SGT):

Là phương pháp điều trị, thay thế hay sửa chữa các gen hỏng, gen bệnh của các tế bào soma trong cơ thể SGT liên quan đến sự biểu hiện gen bên trongnhững tế bào sẽ được uốn nắn ở bệnh nhân nhưng không di truyền cho thế hệ sau Tế bào dùng chữa trị có thể là tế bào lympho, tế bào gan, đặc biệt là dùng

tế bào gốc

1.3.2 Liệu pháp gen tế bào mầm (Germline Gen Therapy - GGT):

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 GGT liênquan đến cải biến gen của những tế bào mầm mà những tế bào này truyền đạtnhững sự thay đổi đó cho thế hệ sau

1.4 Cơ sở sinh học phân tử trong liệu pháp gen

Thông tin di truyền dưới dạng DNA tồn tại trong mỗi tế bào của cơ thể(trừ các tế bào máu) Mỗi tế bào chứa đựng các thông tin để xây dựng bất cứdạng tế bào hay mô đặc hiệu nào của sinh vật Vì các tế bào và mô khác nhauquy định sự sản xuất của các khối cấu trúc (building block) khác nhau nênDNA chứa đựng thông tin liên quan đến khối các cấu trúc để sản xuất các môđặc hiệu Sự tiến hoá đã cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này DNAđược tạo nên từ một chuỗi bốn nucleotid khác nhau: adenine, guanine, cytosine

và thymine Sự kết hợp của các nucleotide này tạo nên phân tử DNA Gen,được tạo nên từ DNA mã hoá tất cả các protein, là khối cấu trúc của tế bào Cácpromoter cho phép hoạt hoá của các gen và qua đó các protein đặc hiệu đượcbiểu hiện Các vùng khác của DNA không mang mã và là phần quan trọng đểbảo tồn cấu trúc nhiễm sắc thể Thành phần này của DNA vô cùng quan trọngtrong các dự án về bộ gen, tính tuần hoàn đoạn của DNA trong các vùng khôngmang mã có thể được kết hợp với các gen đã biểu hiện, cho chúng ta phươngpháp tìm kiếm các gen chưa biết

Tự nhiên đã phát triển một cách thức rất thông minh mà qua đó cácprotein đặc hiệu chỉ được biểu hiện trong các mô dặc hiệu DNA sắp thành cácsợi dài gọi là nhiễm sắc thể Có hai bản sao của mỗi gen tồn tại trong tế bào.Tuy nhiên có một số trường hợp ngoại lệ, các gen tồn tại trong các nhiễm sắcthể X và Y (nhân tố quyết định giới tính) có thể chỉ có duy nhất một bản sao

Thông tin được truyền từ DNA đến các cơ quan phức tạp hơn Quá trìnhphiên mã được bắt đầu bởi các phân tử nhận biết đặc hiệu có tên là các nhân tốphiên mã (nhân tố gắn với các chuỗi điều hoà của gen và cho phép sự sao chépđược tiến hành) Bản sao được tạo thành từ phân tử ban đầu gọi là RNA trongnhân tế bào Bản sao sau đó ra khỏi nhân tế bào, chuyển đến lưới nội chất, nơi

mà nó sẽ được dịch mã tổng hợp thành protein

1.5 Các bước cơ bản trong liệu pháp gen

Mục đích của liệu pháp gen là đưa một gen mới còn gọi là gen liệu phápvào tế bào người làm cho gen mới gắn vào đúng vị trí cần thiết và hoạt độngbình thường Do đó, thực hiện liệu pháp gen gồm một số bước cơ bản :

Bước 1: Tạo vector tái tổ hợp mang gen cần chuyển Trước đó, các virus

đã được biến đổi để không còn khả năng sao chép, đồng thời lại có khả năngbiểu hiện mạnh gen cần đưa vào cơ thể Các biến đổi này bao gồm việc loại bỏcác trình tự cần cho sự sao chép của virus và gắn vào trước gen các trình tựpromotor mạnh Sau đó, vector tái tổ hợp được đưa vào tế bào nuôi cấy Loại tếbào được sử dụng nhiều nhất là tế bào tuỷ xương vì dễ nuôi cấy lại bao gồmnhiều tế bào nguồn đa thế (pluri potential)

Bước 2: Vector virus mang gen lành được đưa vào cơ thể mà từ đó

người ta đã tách các tế bào tuỷ xương Như vậy, có thể xem đây là kỹ thuậtghép tự thân dù gen ghép vào là gen lạ đối với cơ thể Trở ngại lớn là protein

do gen lạ tạo ra có thể kích thích sản sinh kháng thể chống lại chính nó, hơnnữa, nếu việc chuyển gen vào tế bào nuôi cấy thường thành công thì việc đưa tếbào chuyển gen trở lại cơ thể lại ít khi có hiệu quả do nhiều nguyên nhân

1.6 Nguyên lý của liệu pháp gen

1.6.1 Tách dòng gen liệu pháp

Tách dòng gen liệu pháp được thực hiện bằng các phương pháp táchdòng thực nghiệm thông thường, trong các phòng thí nghiệm sinh học phân tử

và kỹ thuật gen Gen liệu pháp có thể tách dòng từ các nguồn tế bào cho khácnhau như tế bào vi khuẩn, tế bào thực vật, động vật, tế bào người và một số loạivirus Tách dòng gen liệu pháp có hiệu quả cao đối với các gen đã biết rõ kíchthước, vị trí của gen trong bộ gen Hiệu quả tách dòng gen liệu pháp còn phụthuộc vào cấu trúc, chức năng gen, sản phẩm của hoạt động gen cũng như mức

độ hiện đại của các thiết bị thí nghiệm

1.6.2 Chọn vector chuyển gen phù hợp với gen liệu pháp:

Vector chuyển gen là phương tiện dùng để chuyển các gen liệu pháp vàotrong tế bào đích Vector chuyển gen phải phù hợp với gen cần chuyển và phảiphù 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 tổnthương hay ảnh hưởng đến các gen khác của bộ gen

+ Phải có khả năng mang một gen liệu pháp có kích thước càng lớn càngtốt

+ Có sự linh hoạt với tế bào đích để có khả năng gắn các gen vào vị tríđịnh trước

+ 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 tachia 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 hayung 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 khiếngiá 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 cầnthiếu cho việc nhân bản và gây nhiễm

Một số vector virus thường dùng:

Adeno-associate

virus (AAV)

Nhiễm các tế bào không phân

chiaNhiễm 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

thấpĐộc 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 cầnmột lượng lớn DNA mới cho hiệu quả mong muốn.các cơ chế hiệu quả hơn baogồm đạn đặc hiệu, liposom, lipoplex và polyplex, DNA trần, oligonucleotid,…

1.7 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 thíchhợp Để đảm bảo hiệu quả cao trong chữa bệnh bằng liệu pháp gen, cần căn cứvào đặc điểm loại tế bào đích, loại vector liệu pháp để lựa chọn kĩ thuật chuyểngen thích hợp Hiện nay, liệu pháp gen có hai phương pháp cơ bản là chuyểngen ngoài cơ thể sống ( ex vivo) và chyển gen trực tiếp vào cơ thể sống ( invivo)

*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 chocác gen bị hỏng (gen gây bệnh), sau đó tế bào lành được nhân lên một khốilượng đủ lớn rồi đưa trở lại cơ thể Phương pháp này có thể làm hạn chế biểuhiện bệnh hoặc chữa khỏi bênh hoàn toàn

*In vivo: Không cần lấy tế bào bị bệnh ra khỏi cơ thể sống, ít thao tácliệu pháp hơn phương pháp ex vivo nhưng hiệu quả thường không rõ rệt dokhông kiểm soát được mức độ hòa nhập của các gen liệu pháp trong tế bào bị

?

Dưới đây là một số kỹ thuật thường được sử dụng trong liệu pháp gen:

1 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 exvivo

2 Kỹ thuật điện xung: nhờ tác động của xung điện tạo nên các lỗ màng,

Hình 1.2 Hình mô tả đưa gen vào cơ thể

Hình 1.3 Kỹ thuật vi tiêm

pháp vào trong tế bào, kĩ thuật này sử dụng trong phương pháp ex vivo.

3 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 vớikích thước 1-6 micromet Các vi đạn được trộn với vector mang gen liệu pháp

và phụ gia tạo thành một lớp màng bao quanh vi đạn bằng lực đẩy mạnh củakhí ga hoặc khí heli trong thiết bị làm cho vi đạn đã được bao bọc bởi gen liệupháp đi vào trong tế bào

Hình 1.3 Sử dụng sung bắn gen

Chương II LIỆU PHÁP GEN ĐIỀU TRỊ BỆNH 2.1 Trong điều trị các bệnh do rối loạn di truyền.

2.1.1 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đơn gen.

Trong tế bào, một số gen đơn bị hỏng hay mất cấu trúc bình thường (rối loạnchức năng gen), có thể gây nên các bệnh di truyền Bệnh tật trong trường hợpnày có thể gây tử vong ở giai đoạn sớm nếu không được chữa trị, hoặc để lạicác di chứng và di truyền 100% cho các thế hệ sau Một số loại bệnh điển hình:

2.1.2 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đa gen.

Một số loại bệnh do nhiều gen thuộc các locus khác nhau quy định, tùy theomức độ hoặc mất chức năng của một hay nhiều gen (allele) mà mức độ biểuhiện bệnh là khác nhau Những bệnh ở trường hợp này di truyền 100% cho cácthế hệ sau Các bệnh điển hình như:

- Bệnh tim bẩm sinh

- Bệnh ung thư

- Bệnh tiểu đường

- Bệnh tâm thần phân liệt

2.1.3 Trong chữa các bệnh do nhiễm trùng

Là những bệnh do virus, vi khuẩn gây nên, trong đó có nhiều loại bệnhhiểm nghèo như bệnh ung thư, lao, HIV… gây nên thiệt hại to lớn về kinh tế,