Μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις που σημάδεψαν τον 2Οο αιώνα αποτελεί αδιαμφισβήτητα η γονιδιακή θεραπεία. Χάρη σε αυτήν γενετικές ασθένειες χωρίς καμία διαθέσιμη θεραπεία μοιάζουν πλέον αντιμετωπίσιμες. Μετά από πολλές δεκαετίες ερευνών, αλλά και πολλά εμπόδια και δυσκολίες, αρκετοί ασθενείς μπορούν να επωφεληθούν από τα φαρμακευτικά προϊόντα της και με εκατοντάδες κλινικές δοκιμές εν εξελίξει το μέλλον φαντάζει ελπιδοφόρο.
Η επέμβαση στο γενετικό υλικό, ιδιαίτερα σε τμήματά του που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή πρωτεϊνών, δηλαδή στα γονίδια, προκειμένου να διορθωθεί η βλάβη που ευθύνεται για την εμφάνιση γενετικών νοσημάτων, αποδίδεται με τον όρο «γονιδιακή θεραπεία». Η ιδέα της γονιδιακής θεραπείας έχει συλληφθεί από τους επιστήμονες ήδη από τη δεκαετία του 1960. Το 1972 ο Θίοντορ Φρίντμαν και ο Ρίτσαρντ Ρόμπλιν, ως επιστέγασμα πολλών ερευνητικών προσπαθειών, δημοσίευσαν το πρώτο άρθρο όπου χρησιμοποιείται ο όρος «γονιδιακή θεραπεία». Στο άρθρο τους αναφέρουν ότι το «καλό» DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει τη γενετική βλάβη σε ασθενείς με γενετικά νοσήματα, εγείροντας ταυτόχρονα και προβληματισμούς σχετικά με τις δυσκολίες εφαρμογής της. Πλέον ο όρος αυτός χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη θεραπεία μιας ασθένειας με την αντικατάσταση του DNA που έχει υποστεί βλάβη ή με τη χορήγηση γενετικών πληροφοριών που βοηθούν στην αντιμετώπισή της.
Παρόλο που οι πρώτες προσπάθειες ξεκίνησαν πριν από πολλές δεκαετίες, ο δρόμος προς την εφαρμογή της για την καταπολέμηση ασθενειών ήταν μακρύς και δύσκολος. Χρειάστηκε να περάσουν δεκαετίες για την απόκτηση αρκετών αξιόπιστων δεδομένων για την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα των εφαρμογών της γονιδιακής θεραπείας και για τη μετάβαση από την έρευνα στην κλινική πράξη.
Η ιδέα και η υλοποίησή της
Όλες οι πληροφορίες που σχετίζονται με τα μοναδικά χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών είναι αποθηκευμένες στο γενετικό τους υλικό, δηλαδή στο DNA. Tο DNA αντιγράφεται με πολύ αυστηρά καθορισμένο τρόπο έτσι ώστε οι πληροφορίες να μεταφέρονται όσο το δυνατόν πιο πιστά από ένα κύτταρο σε ένα νέο και από έναν οργανισμό στους απογόνους του. Αλλαγές στη δομή του DNA ευθύνονται για τη διαφορετικότητα που χαρακτηρίζει τους οργανισμούς αλλά και για την εμφάνιση γενετικών ασθενειών. Ορισμένες ασθένειες προκαλούνται από βλάβες σε κομμάτια DNA που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή πρωτεϊνών, τα γονίδια. Oι ασθένειες που προκύπτουν από βλάβη σε ένα γονίδιο, που χαρακτηρίζονται και ως μονογονιδιακές, αποτέλεσαν τον στόχο της γονιδιακής θεραπείας.
Η πρώτη μέθοδος γονιδιακής θεραπείας περιλάμβανε την εισαγωγή κομματιών DNA στα κύτταρα ενός ασθενούς προκειμένου να λειτουργήσει ως υποκατάστατο του «ελαττωματικού» γονιδίου που είναι υπεύθυνο για τη νόσο. Το εισαγόμενο τμήμα DNA συνήθως περιλαμβάνει ένα γονίδιο που στοχεύει στη διόρθωση της γενετικής βλάβης. Το θεραπευτικό γονίδιο αφού συντεθεί με χημικό τρόπο εισάγεται συνήθως σε «διανομείς» ή αλλιώς σε φορείς, που είναι γενετικά τροποποιημένοι ιοί ή άλλα μόρια, που εισβάλλουν μέσα στα κύτταρα και στη συνέχεια καταστρέφονται. Το ξένο DNA εισέρχεται κι αυτό μέσα στα κύτταρα και εκεί αρχίζει να υποκαθιστά το γονίδιο με τη βλάβη, παράγοντας τη λειτουργική πρωτεΐνη.
Σημαντικά προβλήματα προς επίλυση
Η υλοποίηση της μεγαλεπήβολης ιδέας της γονιδιακής θεραπείας αναδείχθηκε σε ένα εγχείρημα με πολλά εμπόδια. Το πρώτο εμπόδιο που έπρεπε να αντιμετωπιστεί αποτελούσε η επιτυχής ενσωμάτωση του θεραπευτικού γονιδίου στο γενετικό υλικό των κυττάρων - στόχων. Η ενσωμάτωση σε λάθος περιοχή του γενετικού υλικού θα μπορούσε να προκαλέσει σοβαρή βλάβη σε σημαντική περιοχή του κι επομένως αντί να θεραπεύει να δημιουργεί παθολογικές καταστάσεις. Άλλο εμπόδιο αποτελούσε ο αυστηρός έλεγχος της δράσης του εισαγόμενου γονιδίου έτσι ώστε να παράγεται ακριβώς η ποσότητα πρωτεΐνης που έχει ανάγκη ο οργανισμός.
Η ανακάλυψη ειδικών πρωτεϊνών- ψαλιδιών σε βακτήρια, που κόβουν το DNA σε κομμάτια καθώς επίσης και άλλων πρωτεϊνών που μπορούν να το συρράψουν σε επιλεγμένα σημεία ήταν επίσης ένα σπουδαίο βήμα προς την υλοποίηση της γονιδιακής θεραπείας. Ωστόσο παρέμενε άλυτο το σημαντικό πρόβλημα μεταφοράς του ξένου DNA στο εσωτερικό επιλεγμένων κυττάρων- στόχων. Τη δεκαετία του 1970 οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ο ιός SV40, που προσβάλλει τους πιθήκους, μπορεί να μεταφέρει DNA σε επιθυμητά κύτταρα. Παρόλα αυτά ο ιός SV40 αποδείχθηκε αρκετά αναξιόπιστο εργαλείο καθώς κατά την εισαγωγή των ξένων κομματιών DNA κατέστρεφε σημαντικές θέσεις του γενετικού υλικού, κάτι που μπορεί να προκαλούσε τον ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό των κυττάρων - στόχων κι επομένως την εμφάνιση καρκίνου. Το γεγονός αυτό οδήγησε στο κυνήγι για τον εντοπισμό νέων φορέων, που θα μπορούσαν να μεταφέρουν με ασφάλεια το θεραπευτικό DNA. Μετά από επίπονες μακροχρόνιες ερευνητικές προσπάθειες ανακαλύφθηκαν κι άλλοι ιοί, που τροποποιούνται ώστε να είναι ασφαλείς, μη τοξικοί και μη μολυσματικοί και να μεταφέρουν το θεραπευτικό DNA. Επίσης ανακαλύφθηκαν και μη ιικοί φορείς, όπως τα λιποσώματα, που είναι μικροσκοπικές σταγόνες από λιπαρά οξέα που εγκλωβίζουν στο εσωτερικό τους το ξένο DNA.
Επομένως το φάρμακο στη γονιδιακή θεραπεία είναι ο φορέας μαζί με το θεραπευτικό DNA, τα οποία αφού κατασκευαστούν εργαστηριακά με χημικές μεθόδους, εισάγονται στα κύτταρα- στόχους. Στη σωματική γονιδιακή θεραπεία εισάγεται μόνο σε συγκεκριμένα κύτταρα του σώματος του ασθενούς, αυτά που σχετίζονται με την ασθένειά του. Δεν εισάγονται στα αναπαραγωγικά κύτταρα κι επομένως δεν υπάρχει ο κίνδυνος μετάβασης του τροποποιημένου γενετικού υλικού στην επόμενη γενιά. Επομένως η οποιαδήποτε επίδραση ή παρενέργεια της θεραπείας περιορίζεται στον ασθενή και δεν επηρεάζει τους απογόνους του. Για το λόγο αυτό οι ηθικοί περιορισμοί είναι περιορισμένοι και η θεραπεία αντιμετωπίζεται σαν μια οποιαδήποτε άλλη συμβατική φαρμακολογική παρέμβαση.
Το φάρμακο μπορεί να εισαχθεί απευθείας στην περιοχή του σώματος όπου εντοπίζονται τα κύτταρα- στόχοι (in vivo θεραπεία) ή να τροποποιηθούν τα κύτταρα του ασθενούς έξω από το σώμα του και να εισαχθούν στη συνέχεια ξανά σε αυτό (ex vivo θεραπεία). Παρόλο που οι in vivo θεραπείες φαίνονται πιο απλές και εύκολα εφαρμόσιμες, οι ex vivo είναι καλύτερα ανεκτές και δεν έχουν σχετιστεί με επικίνδυνες ανοσολογικές αποκρίσεις.
Η μετάβαση στην κλινική πράξη
Μετά από δεκαετίες ερευνών ξεκίνησαν οι πρώτες κλινικές δοκιμές. Το 1990 ένα τετράχρονο κορίτσι, η Ashanthi DeSilva ήταν η πρώτη ασθενής που υποβλήθηκε σε επιτυχημένη γονιδιακή θεραπεία. Συγκεκριμένα έλαβε θεραπεία 12 ημερών για την αντιμετώπιση της βαρείας συνδυασμένης ανοσοανεπάρκειας, μιας σπάνιας γενετικής διαταραχής από την οποία έπασχε, που την καθιστούσε ιδιαίτερα ευάλωτη σε μολύνσεις. Μια βλάβη σε ένα γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή μιας σημαντικής πρωτεΐνης του ανοσοποιητικού συστήματος ευθύνεται για την εμφάνιση της νόσου. Ένας ιικός φορέας χρησιμοποιήθηκε για την εισαγωγή του θεραπευτικού γονιδίου προκειμένου να αντικαταστήσει τη λειτουργία του «ελαττωματικού». Η υγεία του μικρού κοριτσιού βελτιώθηκε αρκετά, γεγονός που δημιούργησε κλίμα ενθουσιασμού και αισιοδοξίας σχετικά με τις δυνατότητες της γονιδιακής θεραπείας.
Μετά την επιτυχία της πρώτης κλινικής δοκιμής, ακολούθησαν αρκετές ακόμα που στόχευαν στην εφαρμογή γονιδιακής θεραπείας και για άλλα νοσήματα. Τα επόμενα 10 χρόνια περίπου 4.000 ασθενείς συμμετείχαν σε 500 κλινικές δοκιμές, με αποτελέσματα συχνά αμφιλεγόμενα και με περιορισμένη επιτυχία σε σχέση με τις προσδοκίες των ασθενών και της επιστημονικής κοινότητας. Κατά τη διάρκεια μιας κλινικής δοκιμής στην Ευρώπη, με είκοσι συμμετέχοντες με ανοσοανεπάρκεια, τέσσερις ασθενείς ανέπτυξαν λευχαιμία και ένας τελικά κατέληξε, πυροδοτώντας σοβαρή ανησυχία σχετικά με την ασφάλεια των φορέων που χρησιμοποιήθηκαν. Οι σοβαρές παρενέργειες έβαλαν φρένο στις κλινικές δοκιμές και μετρίασαν σημαντικά τον ενθουσιασμό σχετικά με τις δυνατότητες της γονιδιακής θεραπείας.
Η σκοτεινή περίοδος
Η πιο κρίσιμη στιγμή που στιγμάτισε ανεξίτηλα το όλο εγχείρημα ήταν ο θάνατος του έφηβου Jesse Gelsinger το 1999, ο οποίος συμμετείχε σε κλινική δοκιμή στις ΗΠΑ για την αντιμετώπιση της σπάνιας μεταβολικής διαταραχής από την οποία έπασχε. Η αιτία θανάτου ήταν η σοβαρή φλεγμονώδη ανοσολογική απόκριση που προκλήθηκε από τον ιικό φορέα που χρησιμοποιήθηκε στην κλινική δοκιμή στην οποία συμμετείχε. Η Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων κατέκρινε τον σχεδιασμό της κλινικής θεραπείας και ανεστάλη η χρηματοδότηση ολόκληρου του προγράμματος γονιδιακής θεραπείας, που ήταν ένα από τα μεγαλύτερα και καλύτερα χρηματοδοτούμενα προγράμματα στον κόσμο. Παράλληλα ξεκίνησαν έλεγχοι από τις αρμόδιες αρχές για 69 αντίστοιχες κλινικές δοκιμές που βρίσκονταν σε εξέλιξη σε ολόκληρη τη χώρα.
Ο θάνατος του Gelsinger και η ανάπτυξη λευχαιμίας σε ασθενείς κατά τη διάρκεια των κλινικών δοκιμών είχαν πολύ αρνητικό αντίκτυπο στις θεραπευτικές προσεγγίσεις και στις ερευνητικές προσπάθειες γύρω από τη γονιδιακή θεραπεία. Οι χρησιμοποιούμενοι ιικοί φορείς που ήταν υπεύθυνοι για τη μεταφορά των θεραπευτικών γονιδίων ενοχοποιήθηκαν για τα περιστατικά του καρκίνου. Ακολούθησε μια σκοτεινή περίοδος που χαρακτηρίστηκε από αρνητική προβολή από τα μέσα μαζικής ενημέρωσης, τερματισμό κλινικών δοκιμών και περιορισμό των κονδυλίων που σχετίζονταν με την έρευνα στο συγκεκριμένο πεδίο. Παρόλα αυτά ελάχιστοι επιστήμονες συνέχισαν να εργάζονται πάνω στη γονιδιακή θεραπεία ελπίζοντας πως αυτή η μεγαλεπήβολη ιδέα για την αντιμετώπιση των γενετικών ασθενειών θα μπορούσε να οδηγήσει σε απτά αποτελέσματα.
Σημερινά δεδομένα και μελλοντικές προοπτικές
Πλέον τα πράγματα έχουν αλλάξει. Με την εξέλιξη των μεθόδων μοριακής βιολογίας και γενετικής και με τη συσσώρευση επιστημονικών δεδομένων, η γονιδιακή θεραπεία και γενικά οι γενετικές θεραπείες βρίσκονται στο προσκήνιο των εξελίξεων. Από τις αρχές του 2010 η γονιδιακή θεραπεία περνά σε μια περίοδο ακμής, γεγονός που οφείλεται σε συγκεκριμένους παράγοντες που οδήγησαν σε βελτιωμένα φαρμακευτικά προϊόντα. Μετά από επίπονες ερευνητικές προσπάθειες παρασκευάστηκαν ιικοί φορείς που μεταφέρουν τις θεραπευτικές γενετικές οδηγίες προσφέροντας καλύτερα αποτελέσματα, με μεγαλύτερη διάρκεια και με τη μικρότερη δυνατή τοξικότητα. Διάφορα χημικά μόρια έχουν προστεθεί στο τελικό φάρμακο που επιτρέπουν τον αυστηρό έλεγχο της δράσης του εισαγόμενου θεραπευτικού γονιδίου.
Ήδη 9 γονιδιακές θεραπείες έχουν εγκριθεί παγκοσμίως από διάφορες ρυθμιστικές αρχές και περισσότερες από διακόσιες κλινικές δοκιμές βρίσκονται σε προχωρημένο στάδιο. Οι εγκεκριμένες γονιδιακές θεραπείες αφορούν διάφορα νοσήματα που σχετίζονται με διαταραχές στο αίμα, στο κεντρικό νευρικό σύστημα, στο ανοσοποιητικό σύστημα, κληρονομικές αμφιβληστροειδοπάθειες και κάποιες μορφές καρκίνου που σχετίζονται με γενετικές βλάβες σε συγκεκριμένα γονίδια. Δύο φαρμακευτικά προϊόντα γονιδιακής θεραπείας για την αντιμετώπιση μιας σοβαρής πάθησης του αμφιβληστροειδούς και για τη νωτιαία μυϊκή ατροφία έχουν ήδη εγκριθεί στην Ευρώπη και στην Αμερική από το 2017 και το 2019 αντίστοιχα, προσφέροντας σημαντικά οφέλη στους ασθενείς.
Ωστόσο το υπέρμετρο κόστος των φαρμάκων και η ανάγκη για παροχή της θεραπείας σε εξειδικευμένα κέντρα με άρτια εκπαιδευμένο προσωπικό αποτελεί ένα σημαντικό εμπόδιο που πρέπει να αντιμετωπιστεί προκειμένου να μπορούν να επωφεληθούν όσο το δυνατόν περισσότεροι ασθενείς με τα σπάνια γενετικά νοσήματα για τα οποία δεν υπάρχει μέχρι στιγμής άλλη διαθέσιμη θεραπεία. Εν κατακλείδι, η γονιδιακή θεραπεία αποτελεί σήμερα έναν από τους πιο συναρπαστικούς τομείς της βιοτεχνολογίας εξαιτίας της σημαντικής προόδου στην καταπολέμηση ασθενειών αλλά και για τις προσδοκίες και δυνατότητες που φαίνεται ότι θα παρέχει στην ανθρώπινη υγεία στο άμεσο μέλλον.
Πηγές:
1. Bulaklak, K., Gersbach, C.A. The once and future gene therapy. Nat Commun 11, 5820 (2020).
2. https://www.sciencenews.org/
