miniatura|Teràpia gènica fent servir un adenovirus com a vector. S'insereix un nou gen en el vector d'adenovirus, que és emprat per introduir l'ADN modificat en la cèl·lula humana. Si el tractament es fa amb èxit el nou gen donarà lloc a una proteïna funcional.
La teràpia gènica consisteix en la inserció de gens en les cèl·lules i teixits d'un organisme concret per tractar una malaltia, sobretot en el cas d'una malaltia hereditària.
La teràpia gènica pretén substituir un al·lel mutant defectiu per un altre de funcional. Tot i que la tecnologia encara es troba en els seus inicis, de moment ja ha recollit alguns fruits. La teràpia antisentit no seria segons la interpretació estricta de la definició donada una forma de teràpia gènica, però és sovint classificada com una variant.
Rerefons històric En els anys vuitanta, els avanços en biologia molecular han permès que els gens puguin ser seqüenciats i clonats. Els científics, cercant un mètode de produir proteïnes fàcilment, com la insulina per als diabètics deficitaris, van investigar la manera d'introduir els gens humans en l'ADN bacterià. D'aquesta manera, els bacteris modificats produeixen la proteïna corresponent, que pot ser purificada i injectada en la gent que no la produeix de manera natural.
Els científics van prendre la mesura lògica de voler-se saltar el pas de la contínua purificació de la proteïna i posterior injecció per introduir els gens directament en cèl·lules humanes, centrant-se en un principi en les malalties causades per una sola mutació, com la fibrosi quística, l'hemofília, la distròfia muscular i l'anèmia falciforme. Tanmateix, ha esdevingut molt més complicat que modificar un simple bacteri, principalment degut als problemes que comporten traslladar grans quantitats d'ADN i que vagi a parar just en el lloc correcte del genoma.
El primer cas amb bons resultats de teràpia gènica es produí l'any 1990, en què l'investigador Michael Blaese aconseguí guarir Ashanti da Silva, una nena de 4 anys que patia una rara immunodeficiència deguda a una mutació en un gen. Blaese aplicà teràpia gènica ex vivo: va extreure cèl·lules sanguínies de la nena, inserí en aquestes cèl·lules la còpia correcta del gen, i reintroduí les cèl·lules als vasos sanguinis de la nena.Gens que guareixen al Museu Virtual Interactiu sobre la Genètica i l'ADN. Com a resultat, da Silva va millorar notablement, i tot i que s'ha anat sotmetent a diferents controls, es pot considerar el primer cas d'un ésser humà guarit amb teràpia gènica.
Malgrat aquests principis encoratjadors, els avenços posteriors en teràpia gènica han estat més lents i menys reeixits del que es pensava en un principi.
Tipus de teràpies gèniques En teoria és possible transformar tant les cèl·lules somàtiques (la majoria de cèl·lules del cos) o germinals (com els espermatozoides, òvuls, i les cèl·lules mare precursores). Actualment, la totalitat de la teràpia gènica s'ha dirigit a les cèl·lules somàtiques, mentre que l'enginyeria de les cèl·lules germinals humanes roman només com un projecte de futur altament controvertit. Perquè el gen introduït sigui transmès correctament a la descendència cal no només que sigui inserit en la cèl·lula, sinó que també ha de ser incorporat en el cromosoma per recombinació genètica. La teràpia gènica pot ser classificada en dues amples categories: ex vivo (on les cèl·lules es modifiquen a fora del cos del pacient i trasplantades de nou) i in vivo (on els gens són modificats en les cèl·lules, estant aquestes en el cos). Es tendeix a fer la teràpia ex vivo en els vectors recombinants, ja que els vectors tenen una probabilitat de recombinació molt baixa.
Vectors en la teràpia gènica L'ADN és una molècula biològica, i com a tal està exposada a ésser degradada i digerida quan es troba en entorns biològics, per exemple, dins la cèl·lula. Perquè l'ADN no es degradi per les nucleases pròpies de la cèl·lula, cal que estigui integrat en un cromosoma o sistema genètic que li asseguri la seva pervivència durant el temps de vida de la cèl·lula i les seves descendents. Per fer això, és indispensable usar un vector, un element biològic que vehicularitzi i faciliti la inserció de l'ADN que volem introduir cap al cromosoma. Les diferents tecnologies de teràpia gènica es diferencien, principalment en el vector utilitzat.
Virus Tots els virus ataquen els seus hostes i hi introdueixen el seu material genètic en la cèl·lula hoste com a part del seu cicle de replicació. Aquest material genètic conté instruccions de com produir més còpies d'aquests virus, segrestant la maquinària de producció cel·lular per a servir les necessitats del virus. Les cèl·lules infectades es veuran forçades a produir més i més còpies del virus, amb el que cada cop es veuran infectades més cèl·lules. Certs tipus de gens normalment insereixen físicament els seus gens en el genoma de l'hostatger. Així s'incorporaria els gens d'aquest virus en els de la cèl·lula durant el que li quedi de vida. No ho fan per regla general tots els virus però sí que n'hi ha que ho fan, essent una característica dels retrovirus, la família de virus que inclou el VIH.
Els científics creuen que aquest tipus de virus podrien ser potencialment fets servir per coma vehicles per inserir els gens bons en les cèl·lules humanes. Primerament, un científic extrauria els gens que causen la malaltia. Després substituiria aquests gens per gens que codifiquessin per la proteïna necessitada (per exemple insulina en el cas dels diabètics). Això s'hauria de fer de manera que els gens que permeten al virus inserir el seu genoma en la cèl·lula romanguessin intactes. Això pot ser confús i requereix una elevada recerca i enteniment dels gens del virus de manera que es conegui de forma exacta i precisa la funcionalitat de cada un. Un exemple:
Tot això és clarament una sobresimplificació, i existeixen nombrosos problemes que prevenen contra l'ús de vectors virals per a la teràpia gènica, tals com: problemes en la prevenció d'efectes no desitjats, assegurar-se de què el virus infectarà la cèl·lula correcta en el cos, i assegurar-se de què el gen inserit no interromprà cap gen vital ja existent en el genoma. Tanmateix, aquest mode bàsic d'introducció de egsna actualment es mostra molt prometedor i els científics hi estan treballant intensament per arreglar qualsevol problema potencial que pugui existir.
Retrovirus El material genètic en els retrovirus es troba en forma d'ARN, mentre que el material genètic dels pacients es troba en forma d'ADN. Quan un retrovirus infecta una cèl·lula introdueix el seu ARN conjuntament amb altres enzims com la retrotranscriptasa que produeix una còpia d'ADN a partir de la seva molècula d'ARN. Després d'això, el genoma viral ha de ser integrat en algun cromosoma del nucli cel·lular. L'enzim encarregat de fer-ho és la integrasa.
Un cop que el material genètic del virus és incorporat i ha esdevingut part del material genètic de la cèl·lula infectada es pot dir que aquesta ha estat modificada amb un nou gen. Tots els descendents resultants de la divisió cel·lular contindran els gens nous.
Un dels riscs que comporta la teràpia gènica emprant retrovirus és que l'enzim integrasa pot inserir el material genètic del virus en una posició arbitrària en el genoma de la cèl·lula. Si es dona el cas que el material genètic s'insereix al mig d'un dels gens originals de la cèl·lula aquest gen serà segurament interromput. Si el gen és un controlador de la divisió cel·lular (com ara el p53) pot desenvolupar-se una divisió cel·lular descontrolada que comportarà l'aparició de càncer. Aquest problema s'ha intentat corregir recentment fent servir nucleases dits de zinc per a dirigir el lloc d'integració cap a seqüències específiques d'ADN .
La teràpia gènica ha provat de tractar la immunodeficiència combinada severa aconseguint resultats positius fins que es va veure que tres d'onze pacients tractats a França varen desenvolupar la leucèmia. A Anglaterra se n'ha tractat deu més aconseguint igual d'èxit en la reconstrucció del sistema immunitari. La teràpia gènica que intenta reparar la deficiència de l'enzim adenosina desaminasa continua amb relatiu èxit als EUA, Itàlia i el Japó.
Adenovirus Els adenovirus són un tipus de virus que duen el material genètic en forma d'ADN bicatenari. Causen infeccions respiratòries (especialment el refredat comú), intestinals, i oculars en humans. Quan parasiten la cèl·lula hi introdueixen una molècula d'ADN que no és incorporat en l'ADN cromosòmic. La molècula queda lliure en el nucli amb la informació genètica necessària per a ser transcrita com qualsevol altre gen endogen. L'única diferència és que aquests gens de més no seran replicats quan la cèl·lula vagi a dividir-se de manera que les seves descendents no tindran el gen extra. Això significa que el tractament amb adenovirus requerirà una readministració en una població creixent de cèl·lules. D'altra banda, la incapacitat d'integració d'aquest virus evitarà que es comporti com un agent carcinogènic com amb el cas dels retrovirus. L'ús d'aquest vector ha aixecat esperances de cara al tractament del càncer. De fet, el primer producte de teràpia gènica en haver rebut permisos és un adenovirus per al tractament del càncer.
Virus adenoassociats Els virus adenoassociats (VAA), de la família dels parvovirus, són petits virus d'ADN monocatenari. Aquests virus poden inserir el material genètic a un lloc específic del cromosoma 19. Hi ha alguns pocs desavantatges amb l'ús dels VAA, principalment amb la petita quantitat de material genètic que és capaç de transportar i la dificultat de produir-lo. Aquest tipus de virus és emprat, tanmateix, per què no és patogen (la gent n'és portadora sense ser-ne conscient). En contrast amb els adenovirus, la majoria de gent tractada amb VAA no desenvoluparà resposta immunitària que elimini els virus i les cèl·lules que han estat tractades amb èxit amb aquests. Diversos virus amb VAA estan en procediment o preparació, principalment provant de tractar les malalties musculars i oculars, les dues dianes per les quals els virus mostra més afinitat. Tanmateix també s'han desenvolupat tractaments en què els VAA es fan servir com a vectors cerebrals. Això és possible per què VAA poden infectar cèl·lules que no estiguin en divisió com ara neurones i ser expressat durant llargs terminis de temps.
De moment, però, en les investigacions recents les cèl·lules humanes implicades han estat destruïdes pel sistema immunitari. Sembla que aquesta reacció es dona contra una part de la càpsida del serotip 2 del virus. Altres estudis han demostrat que l'organisme reacciona de manera semblant contra els VAA de serotip 8.
Mètodes no virals Els mètodes no virals presenten certes avantatges respecte als mètodes virals, destacant la producció a gran escala i la baixa resposta immunitària. Anteriorment s'havien desestimat els vectors no vírics a causa de les baixes taxes de transfecció i expressió genètica, tanmateix els progressos realitzats en el camp ha fet que s'arribi a taxes comparables amb les dels virus.
ADN nu És el mètode més simple de transfecció no viral. S'han dut a terme assajos clínics consistents en injectar plasmidis d'ADN nu intramuscularment amb certs resultats limitats i una expressió molt més baixa comparada amb altres mètodes de transfecció. A més dels assajos amb plasmidis, s'han dut a terme alguns amb ADN nu provinent de la PCR amb semblant èxit però que tanmateix no es pot comparar al dels altres mètodes més eficients per a transfectar l'ADN nu com l'electroporació i la biol·lística, tècnica amb la qual es dispara a les cèl·lules partícules d'or impregnades d'ADN.
Oligodesoxinucleòtids