Liệu pháp gen và ứng dụng liệu pháp gen trong chữa bệnh

Liệu pháp gen và ứng dụng liệu pháp gen trong chữa bệnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCMBỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌCTIỂU LUẬN SINH HỌC PHÂN TỬ VÀ DI TRUYỀN HỌCĐỀ TÀI : LIỆU PHÁP GEN VÀ ỨNG DỤNG LIỆU PHÁP GEN TRONG CHỮA BỆNHGVHD : PGS.TS NGUYỄN THÚY HƯƠNGLớp : HC09SHNhóm 1. Lê Hoàng Khoa 609012282. Cao Thị Mỹ Phương 609020293. Lê Kim Tài 609023104. Nguyễn Thị Thanh Tân 609023815. Nguyễn Đức Trung 60902979 MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦUNỘI DUNGA. LIỆU PHÁP GENI. Khái niệm 1. Liệu pháp gen2. Gen liệu phápII. Nguyên tắc cơ bản của điều trị bằng liệu pháp genIII. Phân loại liệu pháp genIV. Kỹ thuật cơ bản1. Cơ sở của liệu pháp gen2. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen3. Kỹ thuật chuyển gen liệu phápV. Nguyên lý của liệu pháp gen1. Tách dòng gen liệu pháp2. Các loại vecto thường được sử dụng trong liệu pháp genB. Ứng dụng liệu pháp gen trong chữa bệnhI. Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của liệu pháp genII. Một số xu hướng chữa bệnh bằng liệu pháp genIII. Ứng dụng liệu pháp gen trong việc chữa bệnh HIV/AIDSIV. Vấn đề an toàn và triển vọng của liệu pháp genC. Kết luận Tài liệu tham khảo.LỜI MỞ ĐẦU Nhiệm vụ hàng đầu của CNSH là giải quyết vấn đề mạng sống mà mỗi con người đều phải trải qua là sinh, lão, bệnh, tử. CNSH đang tập trung nỗ lực tìm ra các hướng đi để chữa khỏi các căn bệnh di truyền cũng như các căn bệnh hiểm nghèo. Trong đó liệu pháp gen là một kĩ thuật cao của CNSH có ý nghĩa quan trọng trong giải quyết nhiệm vụ này. NỘI DUNGA. LIỆU PHÁP GENI. Khái niệm 1. Liệu pháp genLiệu pháp gen (gene therapy) là kỹ thuật đưa gen lành vào cơ thể thay thế cho gen bệnh hay đưa gen cần thiết nào đó thay vào vị trí gen bị sai hỏng để đạt được mục tiêu của liệu pháp. - Biện pháp thứ nhất, đưa gen lành vào thay thế cho gen bệnh là cách giải quyết triệt để, vì gen lành sẽ được đưa vào đúng vị trí của nó trên bộ gen và chịu tác động bình thường của các trình tự biểu hiện gen đó. đưa vào tế bào bản sao của gene khỏe mạnh - Biện pháp thứ hai, đưa gen cần thiết thay vào vị trí gen sai hỏng dễ thực hiện hơn nhưng khi đưa thêm một gen cần thiết vào bộ gen, người ta không làm chủ được vị trí gắn xen của đoạn mới đưa vào. Điều này dẫn đến một số kết quả không lường trước được: Gen mới đưa vào không nằm trong phức hợp điều hoà nên có thể được biểu hịên một cách tuỳ tiện, không đúng nơi (đúng với loại tế bào, mô đặc hiệu) và không đúng lúc (đúng với chu trình phát triển cá thể), hoặc thậm chí không được biểu hiện. Gen mới đưa vào gây những hiệu quả không mong muốn.  Gen gắn vào một vị trí có khả năng hoạt hoá một gen tiền ung thư dẫn dến sự biểu hiện quá độ của gen này gây ra ung thư. 2. Gen liệu pháp Gen liệu pháp (Therapeutic gene) là các gen có chức năng sử dụng vào điều trị bệnh cho con người. Mỗi loại gen liệu pháp có những đặc điểm và chức năng khác nhau. Gen liệu pháp có thể là: Gen lành (các gen hoạt động bình thường) được đưa vào tế bào sống để thay thế các gen hỏng, gen mất chức năng Những gen có khả năng mã hóa 1 protein đặc hiệu, khi đưa vào tế bào sống có thể tạo nên các loại protein đặc hiệu. Các protein đặc hiệu có thể ức chế hoạt động của 1 gen khác trong tế bào, kìm hãm khả năng phân chia của tế bào hoặc gây chết các tế bào bị bệnh. Gen ức chế các gen gây bệnh, gen kìm hãm hoặc các gen phục hồiCác đoạn oligonucleotide có tác dụng kiềm hãm sự hoạt động các gen bị đột biến trong tế bào. II. 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. III. Phân loại liệu pháp gen2 nhóm phương pháp cơ bản: 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 trong những 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. Đây là loại hình GT đang được nghiên cứu tại "Viện Liệu pháp Gen người" cũng như tại nhiều phòng thí nghiệm khác trên thế giới.  Liệu pháp gen tế bào mầm (Germline Gen Therapy - GGT): điều trị, sửa chữa, thay thế gen hỏng cho các giao tử nhằm tạo ra thế hệ sau bình thường. GGT liên quan đến cải biến gen của những tế bào mầm mà những tế bào này truyền đạt những sự thay đổi đó cho thế hệ sau. Hãy còn ít công trình nghiên cứu về sự can thiệp vào dòng mầm vì lý do kỹ thuật và đạo đức. IV. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 1. Cơ sở của liệu pháp gen - Liệu pháp gen có thể được tiến hành thông qua một số cách sau:  Chuyển trực tiếp gen vào mô người bệnh. Strategies for Delivering Therapeutic Transgenes into Patients Tạo véctơ virus để chuyển gen một cách hiệu quả tới tế bào (in vivo). HIV based gene therapy vector Virus xâm nhiễm trực tiếp vào tế bào bằng cách gắn với chúng và “bơm” thông tin di truyền của chúng vào tế bào. Vì các virus tự nhiên tự sinh sản bên trong tế bào chủ nên gây hại với vật chủ mang chúng. Tuy nhiên, có thể xoá hay làm mất các phần có hại của virus, ngăn không cho chúng tái bản trong tế bào chủ. Ngày nay các virus không có khả năng tái bản này được sử dụng chung cho các nghiên cứu liệu pháp gen trên người và động vật. Sử dụng các kỹ thuật khác nhau để chuyển gen vào tế bào bên ngoài người bệnh, sau đó chuyển các tế bào đã được biến đổi này vào người bệnh (ex vivo). Phương pháp này được sử dụng chung để phân phối các nhân tố phát triển và các phân tử khác tới các vùng đặc hiệu của cơ thể. Chúng cũng được sử dụng để tạo ra các dòng tế bào đã bị biến đổi hoàn toàn cho cấy ghép. Giống như trong liệu pháp gen in vivo, các tế bào được chuyển có thể gây biểu hiện các protein lạ gây sưng tấy hay đáp ứng miễn dịch. - Các nhóm chuyên gia đã chia liệu pháp gen thành các mức khác nhau: Chuyển gen với sự hoà nhập (gen được kết hợp chặt chẽ với DNA của vật chủ) Chuyển gen không hoà nhập (gen không kết hợp chặt chẽ với DNA của vật chủ) Sử dụng các oligonucleotide tổng hợp nhân tạo gọi là các phân tử ribozyme/antisense không có các thành phần điều hoà (sự biểu hiện gen đã bị biến đổi).- Để chuyển gen, cần hội đủ một số điều kiện sau đây: Đầu tiên, phải có bản sao đầy đủ của gen thích hợp với những trình tự điều hoà thích hợp (trình tự khởi động), trình tự khởi động có thể là duy nhất đối với gen đặc hiệu, bằng cách này cho phép gen chỉ biều hiện trong các mô mà thông thường chúng được biểu hiện. Lần lượt, các gen có thể được kết nối với các trình tự khởi động, hoạt hoá trong tất cả các mô (phương pháp chung nhất được sử dụng ngày nay) hoặc có thể kết nối với các trình tự có thể hoạt hoá hay bất hoạt như một công tắc. Những thao tác như vậy có thể đạt được bằng công nghệ DNA tái tổ hợp. Thứ hai, phải lựa chọn kỹ thuật đích. DNA cần kỹ thuật này để có thể tiếp cận với tế bào. Ba kỹ thuật cơ bản được sử dụng để làm điều này: DNA có thể được gắn trực tiếp với các tế bào hoặc cấy vào mô. Gọi là chuyển DNA trần (nacked DNA transfer) DNA có thể được sử dụng dể tạo nên con thoi dịch chuyển virus (viral transfer shuttle). Đây là phương pháp chuyển DNA hầu như chắc chắn nhất. DNA xâm nhập không hiệu quả vào tế bào vì nó khó có thể xuyên qua lớp màng lipit kép, nhưng vector virus dễ dàng làm việc này. DNA cũng có thể phối hợp với các phức hệ hoá học khác nhau để khuếch đại khả năng chuyển dịch qua màng tế bào của nó. Thứ ba, có hai phương pháp ứng dụng liệu pháp gen: liệu pháp gen có thể ứng dụng trực tiếp với bệnh nhân hoặc trên các tế bào đã tách ra khỏi người bệnh (như tế bào tuỷ xương) sau đó cấy trở lại người bệnh. Trong tương lai, các thao tác liệu pháp gen của tế bào gốc phát triển trên môi trường mô tế bào và sau đó cấy lên người bệnh sẽ là tiến triển tột cùng.- Mỗi kỹ thuật trên đều có những thuận lợi và khó khăn riêng. Khi chọn phương pháp phân phối gen, một số nhân tố cần được cân nhắc:  Hiệu quả của liệu pháp phải được đặt lên hàng đầu.  Sau đó, gen chuyển đổi phải được điều hoà đúng đắn. Nó phải được hoạt hoá đúng lúc, với độ dài thời gian chính xác và đúng số lượng. 2. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen Trong thực nghiệm, người ta dùng các vector virus để chuyển các gen vào tế bào động vật theo 2 bước: 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 năng biểu hiện mạnh gen cần đưa vào cơ thể. Các biến đổi này bao gồm việc loại bỏ các trình tự cần cho sự sao chép của virus và gắn vào trước gen các trình tự promotor mạnh. Sau đó, vector tái tổ hợp được đưa vào tế bào nuôi cấy. Loại tế bào được sử dụng nhiều nhất là tế bào tuỷ xương vì dễ nuôi cấy lại bao gồm nhiều tế bào nguồn đa thế (pluri potential). [...]... vectơ thường sử dụng trong liệu pháp gen Để có thể nâng cao hiệu quả của liệu pháp gen trong chữa bệnh, một vấn đề quan trọng là chọn vectơ chuyển gen phù hợp với gen cần chuyển, phù hợp với loại tế bào đích và loại bệnh cần trị Vectơ chuyển các gen liệu pháp trong liệu pháp gen gọi là các vectơ liệu pháp Vectơ liệu pháp có một số đặc điểm riêng: - Phải đảm bảo đưa các gen liệu pháp vào tế bào (cơ thể)... mắc những bệnh nguy hiểm như ung thư gan, lao, viêm gan B… đã được chữa trị thành công bằng liệu pháp gen trong tương lai, khả năng điều trị bệnh truyền nhiễm bằng liệu pháp gen ngày càng nhiều với hiệu quả và chất lượng càng cao II Một số xu hướng chữa bệnh bằng liệu pháp gen 1 Thay thế gen liệu pháp vào vị trí gen hỏng Nhiều bệnh gây nên do một gen đột biến, dẫn đến rối loạn chức năng gen gây thay... của một số lớn các tế bào, nhưng gen được chuyển chỉ được hoạt hoá trong các tế bào bình thường sản xuất kháng nguyên đặc hiệu tiền liệt tuyến B ỨNG DỤNG LIỆU PHÁP GEN TRONG CHỮA BỆNH I Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của liệu pháp gen 1 Trong điều trị các bệnh do rối loạn di truyền 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... của gen trong bộ gen Hiệu quả tách dòng gen liệu pháp còn phụ thuộc vào cấu trúc, chức năng gen, sản phẩm của hoạt động gen cũng như mức độ hiện đại của các thiết bị thí nghiệm Tùy theo đặc tính của gen liệu pháp và mục đích của liệu pháp gen, có thể tách dòng gen liệu pháp từ bộ gen (genome) hoặc từ mRNA Trường hợp cần các gen nguyên vẹn (kể cả các vùng không mang mã di truyền) phải tách dòng từ bộ gen, ... vector tái tổ hợp mang gen liệu pháp vào bằng các kỹ thuật chuyển gen như vi tiêm, súng bắn gen, …  Kiểm tra biểu hiện của gen liệu pháp  Chuyển gen vào tế bào bên ngoài người bệnh (liệu pháp ex vivo):  Lấy tế bào có gen hỏng ra ngoài cơ thể  Chuyển gen lành vào thay thế gen hỏng để tạo tế bào lành  Nhân tế bào lành thành số lượng lớn rồi đưa vào cơ thể - Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp:  Kỹ thuật vi... tổ hợp mang gen Ori, gen kháng Ampicilin trong plasmid của E.coli đồng thời mang gen Ori và gen mã hóa khả năng đóng gói của HSV và gen liệu pháp có gắn đoạn promoter kiểm soát nhóm gen rất sớm Amplicon plasmid và virus trợ giúp cùng được gây nhiễm vào tế bào khả biến Quá trình tái tổ hợp trong nhân tế bào khả biến tạo nên các vectơ HSV mang gen liệu pháp có thể sư dụng trong liệu pháp gen Cơ chế hoạt... - Bệnh tim bẩm sinh - Bệnh ung thư - Bệnh tiểu đường - Bệnh nghiện rượu - Bệnh tâm thần phân liệt - Hành vi tội phạm do gen 2 Trong chữa các bệnh do nhiễm trùng Là những bệnh do virus, vi khuẩn gây nên, trong đó có nhiều loại bệnh hiểm nghèo như bệnh ung thư, lao, HIV… gây thiệt hại to lớn về kinh tế, sức khỏe con người liệu pháp gen là một trong những phương pháp chữa bệnh có hiệu quả cao, nhiều bệnh. .. kiểu gen, khi có một gen nào đó bị biến đổi, hoặc chuyển vị trí làm thay đổi kiểu gen Xu hướng này được dử dụng trong điều trị các bệnh do rối loạn chức năng của các gen đơn (monogenic) Một số bệnh điển hình được điều trị là bệnh xơ nang, bệnh máu khó đông, bệnh loạn dưỡng cơ… 3 Sửa chữa gen Khi phát hiện bệnh lý do gen bị đột biến ở một hoặc một số nucleotide, có thể áp dụng biện pháp sửa chữa gen (gene... vectơ mang các gen liệu pháp chủ yếu là những gen mã hóa cytokine hoặc độc tố (toxin), ví dụ như gen thymidin kinase, … thường được sử dụng Tiêu diệt tế bào đích, cần phải lựa chọn loại vectơ liệu pháp và kỹ thuật chuyển gen liệu pháp vào tế bào đích thích hợp để các gen liệu pháp được đưa vào đúng tế bào đích, hoặc vào giữa khối u ung thư Muốn hiệu quả tiêu diệt tế bào đích cao, các gen liệu pháp phải... khả năng tái bản trong tế bào chủ Để thiết kế vectơ adenovirus phải loại bỏ gen E 1 của adenovirus, thay thế bằng phức hợp promoter -gen liệu pháp và các gen cần thiết điều khiển quá trình biểu hiện của gen liệu pháp trong tế bào chủ Gen E 3 cũng được gây bất hoạt hoặc loại bỏ Bộ gen virus sau khi loại bỏ gen E 1 và E3 được đưa vào tế bào đóng gói (packaging cell) cùng với gen liệu pháp Tại đây, quá . dụng trong liệu pháp genB. Ứng dụng liệu pháp gen trong chữa bệnhI. Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của liệu pháp genII. Một số xu hướng chữa bệnh bằng liệu. Cơ sở của liệu pháp gen2 . Các bước cơ bản trong liệu pháp gen3 . Kỹ thuật chuyển gen liệu phápV. Nguyên lý của liệu pháp gen1 . Tách dòng gen liệu pháp2 . Các