Terapia gènica. Gemma Carreras. 2009

INTRODUCCIÓ A LA TERÀPIA GÈNICA Gemma Carreras C.A.P. 2008/09 INSTITUT DE LLAGOSTERA TUTORA: Xon Vilahur 1

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

Una de les aplicacions de la BIOLOGIA MOLECULAR a la Medicina és el camp de la TERAPIA GÈNICA

El primer protocol de teràpia gènica es va realitzar l'any 1990.

Per arribar-hi van caldre avanços tècnics importants en els àmbits de:

-biologia molecular -biologia cel.lular -genètica -bioquímica -biofísica -virologia

2

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

La TERÀPIA GÈNICA consisteix en modificar la dotació genètica d'una cèl·lula; es tracta de transferir un gen normal en l'organisme diana que substitueixi el gen defectuós.

Aquest transgen ha de ser capaç de modular l'expressió gènica dins la cèl·lula diana i revertir el fenotip alterat.

TIPUS de teràpia gènica, segons: - la cèl·lula diana: SOMÀTICA o GERMINAL - l'estratègia aplicada: IN VIVO o EX VIVO - la tècnica emprada: VIRAL o NO VIRAL 3

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA GERMINAL: modifica la dotació genètica de les cèl·lules germinals, i per tant, serà transmissible a la descendència (--> malalties congènites)‫‏‬

actualment: LIMITACIONS - no es poden manipular cèl·lules germinals - criteris ètics - risc potenciació genètica (eugenèsia, selecció artificial)‫‏‬ 4

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA SOMÀTICA: modifica les cèl·lules somàtiques o constituents de l'organisme, per tant, la modificació genètica NO pot transmetre's a la descendència. actualment: 200 protocols (en fase d'assaig clínic)‫‏‬

(tan sols algunes limitacions ètiques pel que fa a l'enginyeria genètica de potenciació, sense fins mèdics)‫‏‬ 5

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

6

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA IN VIVO: agrupa aquelles tècniques en les que el material genètic s'introdueix directament en les cèl·lules de l'organisme (sense extracció ni manipulació in vitro)‫‏‬

AVANTATGES - gran senzillesa INCONVENIENTS - grau de control sobre el procés molt baix - eficiència global baixa (NO amplificació cèl·lules transduides)‫‏‬ - difícil d'aconseguir alt grau d'especificitat tissular

7

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA EX VIVO: les cèl·lules a tractar són extretes del pacient, aïllades, cultivades i sotmeses al procés de transferència in vitro.

Llavors es seleccionen les cèl·lules transduïdes, s'expandeixen en cultiu i s'introdueixen de nou en el pacient.

AVANTATGES - elecció del tipus cel·lular - estret control del procés - major eficàcia de transducció INCONVENIENTS - major complexitat - major cost - impossibilitat en teixits NO aptes per a cultiu - riscos manipulació

8

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

Una de les limitacions bàsiques de la teràpia gènica és aconseguir una TRANSFERÈNCIA GÈNICA eficient.

A més a més, aquests gens insertats han d'arribar a ser expressats en quantitats adequades a la cèl·lula diana.

Aquests transgens poden arribar a integrar-se en el cromosoma de la cèl·lula (més estable, però també errors: zones condensades, gens crucials, activació oncogens, ...) o bé quedar com a elements genètics extracromosòmics (episomes).

En els teixits s'intenta modificar aquelles cèl·lules que es troben en divisió activa o cèl·lules mare (cèl·lules precursores indiferenciades). per això CAL...

9

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

...el VECTOR IDEAL! - gran especificitat cel·lular (òrgan o teixit diana)‫‏‬ - protecció i transport del DNA - biodisponibilitat per la cèl·lula en la transfecció - eficàcia en l'expressió gènica - invisibilitat davant el sistema immunitari - seguretat per al pacient i per l'entorn

10

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TÈCNICA amb VECTORS NO VIRALS tenen baixa eficiència però NO són immunogènics, no tenen limitacions tamany DNA transferit,...

-DNA nu (vacunes)‫‏‬ -complexes DNA-liposomes -conjugats DNA-proteïnes -mètodes físics electroporació microinjecció bombardeig

-mètodes químics fosfat càlcic 11

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TÈCNICA amb VECTORS VIRALS tenen major eficiència però també major risc (proteïnes virals, resposta immune,...)‫‏‬ -retrovirus -adenovirus -virus adenoassociats (acoblament receptors específics)‫‏‬

-herpesvirus (sistema nerviós central)‫‏‬

12

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

VIRUS = àcid nucleic (ADN o ARN) encapsulat en una envoltura proteica.

Infecten i arriben a l'interior d'una cèl·lula: la informació continguda en l'àcid nucleic dirigeix la síntesi de proteïnes virals aprofitant ribosomes+mitocondris de la cèl·lula hoste i generen nous virions.

VECTOR VIRAL = substitució d'alguns dels gens vírics (replicatius i virulents) per el gen terapèutic.

Obtenim un VIRUS DEFECTIU (pot infectar les cèl·lules però no pot multiplicar-se)‫‏‬ L'eficàcia de transfecció és molt alta (pot arribar al 100%).

!!

SEGURETAT: activació virus patògen, activació oncogens, 13 reacció immunitària,...

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

Model de transferència gènica in vivo: introducció del gen que codifica el regulador transmembrana de la fibrosi quística (CFTR) mitjançant liposomes catiònics.

14

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

Model de transferència gènica ex vivo: introducció del gen que codifica el receptor de LDL en el 15 tractament de l'hipercolesterolemia familiar monogènica.

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA DE LES MALALTIES MONOGÈNIQUES inicialment la teràpia gènica va ser ideada per el tractament de les malalties hereditàries causades per la mutació d'un sol gen (s'en coneixen unes 4.000)‫‏‬ En els casos d'absència d'una proteïna normal (el gen defectuós elabora una proteïna anormal o no la sintetiza) les manifestacions clíniques poden ser diverses, segons la funció que aquella proteïna faci en les cèl·lules.

Els casos clínics varien des de lleus (ex. Daltonisme) fins a greus (ex. Fibrosi quística o hemofília)‫‏‬ En general són malalties on la farmacologia convencional no és eficaç (només alguns tractaments efectivitat parcial-paliació: factor VIII o adenosina desaminasa i transplantament en alguns casos) proteïnes = làbils i complexes i domini subcel·lular!

16

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

SOLUCIÓ: si es subministrés una còpia normal del gen defectuós al teixits afectats, la proteïna podria ser sintetizada dins les cèl·lules amb el procediment habitual Cal recordar que... el gen defectuós es troba en TOTES les cèl·lules de la persona afectada per el trastorn hereditari, però l'expressió en els diferents òrgans i/o teixits és variable: en la majoria de malalties congènites el nombre de teixits afectats és limitat.

17

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

CRITERIS D'APLICACIÓ: 1)la malaltia ha d'amenaçar greument la vida del pacient 2)els òrgans, teixits i tipus cel·lulars afectats han d'estar ben caracteritzats 3)la versió normal del gen defectuós ha de ser coneguda, ha d'haver estat aïllada i clonada 4)el gen normal ha de poder ser introduït en un nombre significatiu de cèl·lules del teixit afectat 5)

el gen s'ha de poder expressar en nivells adequats

En la taula següent podem observar malalties monogèniques en les que s'han experimentat protocols de teràpia gènica (moltes en fase preclínica o d'experimentació amb animals)

18

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

19

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA DEL CÀNCER les alteracions genètiques juguen un paper essencial en la patogènica del càncer (expressió inadequada dels oncogens)‫‏‬ En el càncer no es tracta de corregir un defecte genètic, sinó d'utilitzar la manipulació genètica per DOTAR les cèl·lules d'una NOVA PROPIETAT amb fins terapèutics estratègies aplicades en assaigs clínics: - augment de l'activitat anti-tumoral (citoquines,...)‫‏‬ - augment de la immunogenicitat del tumor (antígens foranis, ...)‫‏‬ - bloqueig expressió oncogen per teràpia antisentit - introducció gens supressors de tumors (p53,...)‫‏‬ 20

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

TERÀPIA GÈNICA DE LA INFECCIÓ PER VIH

actualment la infecció per el Virus de la Immunodeficiència Humana (VIH) es considera una malaltia genètica de caràcter adquirit.

El virus retrotranscriu el seu ARN genòmic i s'integra a l'ADN de doble hèlix de la cèl·lula hoste.

D'aquesta manera controla i modula les funcions de la cèl·lula per suprimir el sistema immune. en l'actualitat, el SIDA és un clar objectiu de la teràpia gènica 21

TERÀPIA GÈNICA

Gemma Carreras

Març 2009

BIBLIOGRAFIA Curiel DT,Gerritsen WR,Krul MR.Progress in cancer gene therapy. Cancer Gene Ther. 2000; 7:1197- 1199.

Lazo PA.Terapia génica humana: tendencias y problemas. Med Clín (Barc) 1996; 106:469-476.

Noell DL, Yiu IM. Human gene therapy for hereditary diseases: a review of trials. Am J Health Syst Pharm 1998; 55:899-904.

Novelli G, Gruenert DC. Genome medicine: gene therapy for the millennium. Pharmacogenomics 2002; 3:15-18.

Wadhwa PD, Zielske SP,Roth JC y Cols. Cancer gene therapy: scientific basis. Annu Rev Med 2002; 53: 437- 452. http://www.science.com

22