DNA-Forschung

Die Gentherapie ist eine Technik, bei der funktionelle Gene in die Zellen eines Patienten eingefügt werden, um dysfunktionale Gene zu ersetzen. Die Technik verwendet typischerweise manipulierte Viren, um gewünschtes genetisches Material in die Zellen eines Wirts zu liefern. Da das Virus auf natürliche Weise in Zellen eindringt und diese genetisch verändert, ist es ein perfekter Kandidat, um das Genom einer Zelle selektiv zu manipulieren. Diesen Viren werden ihre virulenten Gene entfernt und durch gewünschte Gene von Interesse ersetzt, so dass sie ihnen funktionierende Gene geben, anstatt Patienten krank zu machen.

Dies ist wirksam bei der Behandlung von Erkrankungen wie Thalassämie, einer Blutkrankheit, die durch eine genetische Mutation verursacht wird. Durch den Ersatz dieser genetischen Mutation durch ein funktionelles Gen behandelt die Gentherapie den Zustand und ermöglicht es dem Patienten, funktionelle Blutzellen herzustellen.

In Vivo Gentherapie

Es gibt zwei verschiedene Ansätze der Gentherapie: in vivo (innerhalb des Körpers) und ex vivo (außerhalb des Körpers). In vivo wird das modifizierte Virus mit abnormalen Zellen direkt in die Körperregion des Patienten injiziert. Dies ist insbesondere dann von Nutzen, wenn nur bestimmte Zellen genetisch manipuliert werden müssen, z. B. wenn Gehirnzellen bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit und von Erkrankungen der Netzhaut angegriffen werden.Mehrere Klassen von Viren sind von Interesse bei der Verabreichung von Gentherapie, wie Herpesviren und Retroviren, aber die Adenovirus-Familie (einschließlich der Erkältung) waren von besonderem Interesse in frühen In-vitro-Experimenten. Leider kann diese Virusklasse eine Immunantwort hervorrufen, die Patienten gefährdet.Forscher haben nun den Fokus auf das Adeno-assoziierte Virus (AAV) bei der Gentherapie verlagert, da es nicht über die Gene verfügt, die zur Selbstausbreitung benötigt werden. Forscher übertragen ungefährliche DNA vom Adenovirus auf das AAV, damit es die Gentherapie effektiv durchführen kann.

Ex-Vivo-Gentherapie

Die Ex-vivo-Gentherapie hingegen beinhaltet die Extraktion von Blut / Knochenmark aus einem Patienten und die Trennung von reifen und unreifen Zellen. Ein Gen von Interesse wird dann zu den unreifen Zellen hinzugefügt, die in den Blutkreislauf des Patienten reimplantiert werden. Diese Zellen wandern dann zum Knochenmark, wo sie sich schnell vermehren und alle defekten Zellen ersetzen.Dies ist das Verfahren mit ZYNTEGLO, Bluebirds Gentherapie für Beta-Thalassämie, die bereits erwähnt wurde. ZYNTEGLO wird hergestellt, indem hämatopoetische Stammzellen („unreife Blutzellen“) aus dem Patienten entfernt werden, wobei ein Virus eine funktionelle Kopie des funktionellen Beta-Globin-Gens in diese Zellen einfügt und diese funktionellen Stammzellen dem Patienten wieder einführt. Diese spezifische Behandlung soll nächstes Jahr mit erstaunlichen 1,8 Millionen US-Dollar eingeführt werden.

Die Ex-vivo-Therapie wurde auch bei der Behandlung schwerer kombinierter Immunschwäche oder des Bubble-Boy-Syndroms eingesetzt. Diese Therapie nutzt Retroviren wie HIV, die sehr gut darin sind, ihre Gene in Wirtszellen einzufügen. Über 30 Patienten haben diese SCID-Behandlung erhalten und über 90% der Behandelten befinden sich in Remission. Dies ist ein viel vielversprechenderer Ansatz als eine Knochenmarktransplantation, die eine Remissionsrate von 50% ergibt.

CRISPR-Cas9-Geneditierung

CRISPR-Cas9 wurde im bakteriellen Immunsystem entdeckt, wo es zur Abwehr und Deaktivierung eindringender viraler DNA eingesetzt wird. Cas9 ist eine Endonuklease oder ein Enzym, das selektiv DNA schneiden kann. Das Cas9-Enzym wird mit einem Führungs-RNA-Molekül komplexiert, um das zu bilden, was als CRISPR-Cas9 bekannt ist.Zunächst lokalisiert Cas9 ein spezifisches genetisches Interessengebiet, das als PAM oder Protospacer adjacent motif bekannt ist. Sobald Cas9 die PAM bindet, nimmt die Führer-RNA Aktion beim Abwickeln eines Teils der DNA. Dieser Leitfaden hat eine genetische Sequenz, die spezifisch zu einer einzigartigen Region der DNA passt, und sobald diese gebunden ist, schneidet Cas9 dieses DNA-Segment wie eine Schere aus. Die Zelle wird versuchen, diese Exzision fehleranfällig zu reparieren, was häufig zu mutierten Segmenten führt. Dies ist nützlich, um ein bestimmtes Gen auszuschalten oder „auszuschalten“.

Forscher beginnen, das Cas9-Enzym zu manipulieren, um mehr als nur Schnitte zu machen. Durch Hinzufügen verschiedener Enzyme zu Cas9 können Wissenschaftler spezifische Basenpaarungen von Nukleotiden, den Bausteinen des genetischen Materials, bearbeiten. Dabei können sie ein Gen präzise bearbeiten, um es von einer krankheitsverursachenden Form in ein gesundes Gen umzuwandeln.

CRISPR-Cas9 kann sowohl in vivo über ein verpacktes Lieferfahrzeug wie Goldnanopartikel als auch ex vivo ähnlich dem ZYNTEGLO-System verabreicht werden (wenn das Virus durch CRISPR-Cas9 ersetzt wurde). Im folgenden Video finden Sie Animationen der verschiedenen Anwendungen von CRISPR.

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— Eric Topol (@EricTopol) 17.Juli 2019