Bài giảng Chương 1: Liệu pháp gen

1. Khái niệm 2. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 3. Ứng dụng của liệu pháp gen 4. Vấn đề an toàn và triển vọng của liệu pháp gen 1. KHÁI NIỆM 1.1. Định nghĩa - Liêu pháp gen: Kỹ thuật đưa gen lành (gen liệu pháp) vào cơ thể thay thế cho gen bệnh, hoặc đưa 1 gen cần thiết vào vị trí gen bị sai hỏng để đạt được mục tiêu của liệu pháp - Gen liệu pháp: là các gen có chức năng sử dụng vào điều trị bệnh cho con người. Mỗi loại gen liệu pháp có đặc điểm và chức năng riêng. Gen liệu pháp có thể là: + Gen gen lành thay thế gen hỏng tương ứng → khôi phục lại chức năng của gen + Gen tạo ra sản phẩm ức chế sự biểu hiện của gen gây bệnh, hoặc kìm hãm sự tăng sinh quá nhanh của tế bào, hoặc tiêu diệt tế bào bệnh. + Gen ức chế gen gây bệnh, kìm hãm hoặc phục hồi gen bệnh + Kìm hãm sự hoạt động của gen đột biến gây bệnh 1. KHÁI NIỆM 1.1. Định nghĩa Các biện pháp của liệu pháp gen: -Đưa gen lành thay thế cho gen bị bệnh: là biện pháp có hiệu quả triệt để nếu đưa đúng vị trí. Nhưng khó thực hiện. -Đưa gen cần thiết vào vị trí gen bị sai hỏng: dễ thực hiện hơn. Tuy nhiên, nếu đưa không đúng vị trí sẽ dẫn đến những hậu quả: + Gen mới biểu hiện tùy tiện, không đúng nơi, đúng lúc hoặc không được biểu hiện + Gen mới gây ra những hậu quả không mong muốn + Gen mới hoạt hóa 1 gen tiền ung thư, gây ra ung thư,.. 1. KHÁI NIỆM Giới hạn của liệu pháp gen: • Hiện nay mới chỉ được thực hiện trên tế bào sinh dưỡng • Việc tác động vào gen của tế bào sinh dục bị nghiêm cấm, • Lý do: - Vấb đề đạo đức - Con người từ chối việc thay đổi di sản di truyền có thể lưu lại do đời sau 1.1. Định nghĩa 1. KHÁI NIỆM 1.2. Nguyên tắc cơ bản trong điều trị bằng liệu pháp gen - Theo dõi và hiểu biết cặn kẽ quá trình phát triển của bệnh và cơ chế bệnh học, bệnh do một gen hay đa gen gây nên. - Hiểu biết được cấu trúc và chức năng của gen gây bệnh, vị trí của các gen trong hệ gen. Đồng thời hiểu rõ cấu trúc, chức năng của các gen liệu pháp - Dự đoán trước được hiệu quả của liệu pháp gen - Theo dõi và kiểm tra chặt chẽ hoạt động và biểu hiện của gen liệu pháp, sự đáp ứng miễn dịch trong cơ thể động vật thử nghiệm - Phải được thử nghiệm nhiều lần trên động vật có hiệu quả, mới được áp dụng trên người - Theo dõi chặt chẽ diễn biến và tiến triển của bệnh, đồng thời kết hợp với các phương pháp điều trị khác như hóa dược, xạ trị để tăng hiệu quả điều trị. 1. KHÁI NIỆM 1.3 Phân loại liệu pháp gen • Liệu pháp gen soma (soma gene therapy): phương pháp điều trị thay thế hoặc sửa chữa các gen hỏng, gen bệnh của tế bào soma trong cơ thể người bệnh. Liệu pháp gen soma được tiến hành lần đầu tiên năm 1990 trên bé gái Ashanti Desilva (4 tuổi) mắc bệnh suy giảm miễn dịch do khiếm khuyết gen adenosine deaminase (DAD), đây là trường hợp đầu tiên được chữa trị bằng liệu pháp gen soma • Liệu pháp gen giao tử (germline gene therapy): phương pháp điều trị, sửa chữa hoặc thay thế các gen hỏng cho các giao tử (tinh trùng, trứng) nhằm tạo ra thế hệ sau bình thường. Liệu pháp gen tế bào sinh dục được tiến hành lần đầu tiên vào năm 2001, với 30 đứa trẻ được chào đời bằng công nghệ chuyển chất nhân. Chất nhân của trứng bình thường được chuyển vào chất nhân của trứng khiếm khuyết 2. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 2.1. Cơ sở của liệu pháp gen - Phải có bản sao đầy đủ của gen thích hợp cùng trình tự điều hòa thích hợp - Phải lựa chọn kỹ thuật đích phù hợp. Có 3 kỹ thuật đích + 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 gắn với các vector con thoi có bản chất virus (viral transfer shuttle). Đây là phương pháp chuyển DNA hầu như chắc chắn nhất. + 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 2. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 2.1. Cơ sở của liệu pháp gen Có 2 phương pháp ứng dụng liệu pháp gen: + Liệu pháp gen có thể ứng dụng trực tiếp với bệnh nhân (liệu pháp in vivo) + Liệu pháp gen thực hiện trên các tế bào đã tách ra khỏi người bệnh sau đó cấy trở lại người bệnh (liệu pháp ex vivo). 2. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 2.1. Cơ sở của liệu pháp gen Các nguyên tắc khi chọn phương pháp - Hiệu quả của liệu pháp phải được đặt lên hàng đầu. - 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 kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 2.2. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen Tạo vector tái tổ hợp mang gen cần chuyển Ghép tế bào chứa gen chuyển vào cơ thể Đưa vector virus mang gen lành vào tế bào nuôi cấy 2.2. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen 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 chuyển • Các biến đổi bao gồm: - Loại bỏ các trình tự cần cho sự sao chép của virus - Gắn trình tự promoter mạnh vào trước gen chuyển 2.2. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen Đưa vector virus mang gen lành vào tế bào nuôi cấy Loại tế bào được sử dụng nhiều nhất là tế bào tủy xương. Lý do: - Dễ nuôi cấy - Nhiều tế bào gốc đa năng 2.2. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen Ghép tế bào chứa gen chuyển vào cơ thể Tế bào tủy xương mang gen chuyển được đưa vào cơ thể mà từ đó người ta đã tách tế bào tủy xương => Có thể xem đây là kỹ thuật ghép tự thân Trở ngại: - Protein do gen lạ có thể kích thích sản sinh kháng thể chống lại chính nó - Việc đưa tế bào chuyển gen trở lại cơ thể ít khi có hiệu quả Do đó cần theo dõi sự hoạt động của gen đích 2.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp 2. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen Mục đích: các gen liệu pháp trong cơ thể người phải được phiên mã, dịch mã tạo ra các protein liệu pháp có tác dụng chữa bệnh. Các vector liệu pháp được sử dụng khác nhau, thích hợp cho từng loại tế bào đích, nhằm tạo ra các protein liệu pháp nội bào, hoặc ngoại bào Hình thức chuyển gen có thể được thao tác thông qua một số cách sau: 2.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp 2.3.1.Chuyển trực tiếp gen vào mô người bệnh (liệu pháp in vivo) 2.3.2. Chuyển gen vào tế bào bên ngoài người bệnh (liệu pháp ex vivo) 2.3.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp 2.3.3.1. Kỹ thuật vi tiêm (microinjection) 2.3.3.2. Kỹ thuật xung điện (electroporation) 2.3.3.3. Kỹ thuật dùng súng bắn gen (gene gun) 2.3.3.4. Kỹ thuật liposome (liposome technique) 2.3.1.Chuyển trực tiếp gen vào mô người bệnh 2.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp Quy trình gồm các bước sau: • Lựa chọn vector liệu pháp thích hợp. • Tách và tạo vector tái tổ hợp mang gen liệu pháp (thường là tạo vector virus). Virus xâm nhiễm trực tiếp vào tế bào bằng cách gắn với chúng và bơm thông tin di truyền vào. • Đưa vector tái tổ hợp mang gen liệu pháp bằng các kỹ thuật chuyển gen như: vi tiêm, súng bắn gen v.v • Kiểm tra biểu hiện của gen liệu pháp Liệu pháp in vivo 2.3.2. Chuyển gen vào tế bào bên ngoài người bệnh 2.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp (1) Lấy tế bào bị bệnh có gen hỏng ra ngoài cơ thể (2) Dùng các kỹ thuật khác nhau để chuyển gen lành vào thay thế các gen hỏng để tạo tế bào lành (3) Nhân nuôi tế bào lành lên thành số lượng lớn (4) Đưa trở lại cơ thể người bệnh. Có thể dùng súng bắn gen, vi tiêm Liệu pháp ex vivo 2.3.2. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp 2.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp Kỹ thuật vi tiêm (Microinjection) • Được sử dụng để đưa vector liệu pháp vào các khối ung thư. • Gen liệu pháp có thể là các gen tổng hợp các chất ức chế sự phát triển khối u. • Có thể dùng cả 2 hình thức in vivo hoặc ex vivo Kỹ thuật xung điện (electroporation) • Thường dùng khi đưa gen liệu pháp vào tế bào nằm ngoài cơ thể sống. • Nhờ kỹ thuật xung điện có thể thay thế gen hỏng bằng gen lành, sau đó nhân nuôi tế bào lành tạo số lựơng lớn, rồi chuyển vào người bệnh Kỹ thuật dùng súng bắn gen (gene gun) • Sử dụng súng bắn gen để chuyển gen liệu pháp vào tế bào đích thường đạt kết quả cao. • Kỹ thuật cần có thiết bị bắn gen, các vi đạn có bọc gen liệu pháp để đưa vào tế bào đích. • Gen liệu pháp dùng trong kỹ thuật này là DNA trần, hoặc phức hợp DNA-liposom và đựơc thực hiện theo hình thức ex vivo. Kỹ thuật liposome (liposome technique) • Liposome mang gen liệu pháp có khả năng chui qua màng tế bào để đưa các gen liệu pháp vào bên trong tế bào. • Kỹ thuật này cần chú ý chọn tế bào đích thích hợp để nâng cao hiệu quả 2.3.2. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp 2.3. Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp 2.4. Các loại vector thường dùng trong liệu pháp gen 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus 2.4.2. Các vector không có bản chất virus 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus Sử dụng virus trong liệu pháp gen dựa trên các chức năng cơ bản của nó: • Chuyển đặc hiệu vật chất di truyền đến tế bào. Đầu tiên, virus tiếp xúc với các tế bào đặc hiệu nhờ sự tương tác với thụ thể trên bề mặt tế bào → virus vào tế bào bởi sự tương tác với các phân tử bề mặt đặc hiệu trên tế bào → virus dễ dàng đi xuyên qua lớp màng tế bào. • Sự phụ thuộc vào dạng của vector virus được sử dụng, những gen được mang bởi virus hoặc được nhân bản sử dụng nguyên liệu của chính các tế bào hoặc được tiếp hợp tới nhân của tế bào, nơi mà các nhiễm sắc thể và DNA nhân tồn tại. • Các virus khác nhau có mức độ khác nhau trên phương diện chuyển gen của chúng tới các tế bào và tạo ra các sản phẩm gen. Hơn nữa, hiệu quả cuối cùng của chúng đối với các gen chức năng trong tế bào không giống nhau và có thể khác nhau tùy thuộc vào tế bào, mô, cơ quan. 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus Lưu ý: Trong quá trình tạo vector virus từ các virus hoang dại, các gen có vai trò trong tái bản virus phải được loại bỏ để ngăn ngừa sự di truyền không mong muốn của vector virus và ngăn cản các vector virus gây bệnh Hiện nay, có 4 dạng vector virus chính đang được sử dụng trong nghiên cứu và ứng dụng: • Adenovirus, • Adeno-associate virus, • Retrovirus • Herpes Simplex. 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Adenovirus -Chứa capsid 20 mặt, chứa 3 protein: hexon, fiber và base penton. + Hexon: tạo thành cấu trúc 20 mặt + Base penton kết hợp với fiber tạo nên 12 chóp của vỏ capsid -Bộ gen dsDNA ≈ 36 kb: chứa DNA xoắn kép gồm 50 gen, gen E1 điều hòa phiên mã, gen E2 và E3 điều hòa quá trình dịch mã của bộ gen 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Adenovirus -Để thiết kế vector có bản chất Adenovirus: + Phải cắt bỏ gen E1 và thay thế bằng phức hợp promoter – gen liệu pháp và gây bất hoạt hoặc cắt bỏ gen E3 + Vector adenovirus có khả năng mang gen dài 8 kb -Sau khi xâm nhiễm vào tế bào đích: gen liệu pháp được chuyển cho tế bào chủ và loại bỏ gen sai hỏng của tế bào Phương thức hoạt động của vector adenovirus 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Adeno-associated virus (AAV) - AAV là 1 parvovirus: virus gây bệnh Parvo ở chó, không gây bệnh trên người. - AAV chứa phân tử DNA mạch đơn, kích thước 4,5-4,7 kb - Hệ gen của AAV chứa 2 nhóm gen chính là Rep, Cap và 1 số gen khác điều khiển hoạt động của của AAV - AAV có thể chuyển DNA tới các tế bào và hòa nhập với DNA của tế bào chủ (người) ở vị trí đặc hiệu trên NST số 19 tạo ra tiền virus tồn tại trong tế bào. Khi gặp điều kiện thuận lợi, AAV tách ra tạo AAV mới 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Adeno-associated virus (AAV) • Khi thiết kết vector: Gen Cap và Rep phải được loại bỏ và thay thế bằng promoter – gen liệu pháp • AAV chỉ chuyển được các gen liệu pháp có kích thước nhỏ • Ưu điểm của vector AAV: hiệu quả chuyển gen cao, không gây bệnh cho người, AAV được sử dụng để điều trị ung thư, bệnh sơ gan, nghẽn tĩnh mạch, ITR 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Adeno-associated virus (AAV) A B C A. Bản đồ bộ gen của AAV: khung đọc Rep và Cap, các promoter (P5, P19 và P40) và vị trí polyadenilation (pA) B. Cấu trúc của vùng ITR (inverted Terminal Repeat): RBE: vùng gắn Rep, trs: vị trí đầu tiêu tan (terminal resolution site) C. Cấu trúc vector AAV với promoter – gen liệu pháp thay thế cho vị trí của Rep và Cap 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Restrovirus - Là 1 trong những vector virus được phát triển đầu tiên - VCDT là RNA, kích thước 7 – 11 kb. Do đó, khi vào tế bào chủ, RNA cần được phiên mã ngược tạo thành DNA nhờ Reverse transcriptase - Restrovirus chứa enzyme reverse transcriptase và enzyme hòa nhập integase cần cho sự hòa nhập của virus vào tế bào chủ 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Restrovirus - Quá trình xâm nhập và sát nhập hê ̣ gen vào DNA của tế bào chủ của restrovirus tùy thuộc vào loại virus. Ví dụ: + Murine leukimia virus (MLV): chỉ nhiễm vào tế bào đang phân chia vì DNA chuyển vào nhân khi màng nhân bị phá vỡ trong quá trình nguyên phân + HIV: có thể xâm nhiệm vào tế bào đang không ở giai đoạn phân chia vì các protein nền và các protein được mã hóa bởi gen vpr có những tín hiệu định vị nhân cho phép chúng đưa DNA vào nhân. 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Restrovirus Murine Leukimia Virus (MLV:) - Là loại restrovirus đơn giản gồm 4 gen: gag, pro, pol và env, 2 đầu gồm có trình tự lặp lại (long terminal repeat - LTR) - Khi tạo vector restrovirus, các gen gag, pro, pol và env được loại bỏ và thay thế bằng trình tự promotor – gen liệu pháp. - MLV là vector đầu tiên trong hệ thống restrovirus được thu nhận và được sử dụng khá nhiều trong điều trị lâm sàng do đặc tính sinh học của chúng được biết khá rõ, bộ gen được tạo dòng sớm nhất và virus xâm nhập vào tế bào chủ hiệu quả 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Vector Restrovirus Murine Leukimia Virus (MLV:) LTR Gag Pro Pol Env LTR Ψ+ LTR Promoter LTR Ψ+ Gen liệu pháp A B A. Cấu trúc genome của restrovirus hoang dại B. Vector restrovirus Ψ+: dấu hiệu đóng gói virus 2.4.1. Vector chuyển gen có bản chất virus • Các vector có cơ sở là Herpes simplex Protein vỏ ngoài Vỏ DNA Nucleocapsid Lipid vỏ ngoài • Là các vector có bản virus DNA. • Chúng không hòa nhập vào DNA chủ nhưng giữ nguyên sự ổn định như 1 thể bổ sung (latency) cho phép các gen chuyển được ổn định trong thời gian dài • Vector Herpes simplex được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt của liệu pháp gen với các khối u thần kinh • Herpes simplex virus có hiệu quả cao đối với các nơron thần kinh • Vector cho phép chuyển DNA lớn (tới 30 kb), cho phép chuyển tới 5 gen khác nhau được điều khiển bởi các promoter khác nhau Cấu trúc của Herpes simplex Virus 2.4.1. Vector chuyển gen không có bản chất virus Hiện nay, có các dạng chính sau: • Liposomes • Các polymer cation • Cấy trực tiếp: DNA trần được cấy trực tiếp đến khối u hoặc mô • Liệu pháp tế bào gốc: chỉ diễn ra ở phòng thí nghiệm do những tranh cãi về khoa học, chính trị, tôn giáo • Biến đổi biểu hiện gen: biến đổi trực tiếp hệ biểu hiện của gen bằng các kỹ thuật khác nhau 2.4.1. Vector chuyển gen không có bản chất virus Biến đổi biểu hiện gen: Có thể biến đổi trực tiếp sự biểu hiện của gen bằng các cách sau: - Sử dụng oligonucleotide - Sử dụng Ribozyme - Sử dụng các promoter 2.4.1. Vector chuyển gen không có bản chất virus • Oligonucleotide: - Là các đoạn DNA mạch đơn ngắn - Các oligonucleotide ngắn là mạch đối của RNA của gen được tạo ra sẽ cuộn xoắn với RNA => không dịch mã được - Ưu điểm: rất hữu dụng trong nghiên cứu - Hạn chế: Khó thành công trong thương mại do tuổi thọ của oligonucleotide ngắn 2.4.1. Vector chuyển gen không có bản chất virus • Ribozyme: - Là các chuỗi RNA ngắn được thiết kế đặc biệt có hoạt tính xúc tác: cắt RNA - Ribozyme gắn với RNA đặc hiệu và cắt RNA ngăn cản sự dịch mã của RNA - Ribozyme dường như có hiệu quả trong vòng 12-24 h 2.4.1. Vector chuyển gen không có bản chất virus • Promoter: - Là các đoạn DNA điều khiển sự biểu hiện của gen không bị phiên mã - Việc thiết kế và sử dụng promoter đặc hiệu mô có vai trò quan trọng trong điều trị 1 mô bị tổn thương di truyền - Ví dụ: vector chứa promoter cho kháng nguyên tiền liệt tuyến. Vector này có thể xâm nhập vào nhiều tế bào khác nhau nhưng gen chuyển chỉ được hoạt hóa biểu hiện trong các tế bào sản xuất kháng nguyên tiền liệt tuyến 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Ngày nay liệu pháp gen được ứng dụng rộng rãi trong chữa bệnh, phục hồi cấu tạo và chức năng các bộ phận cơ thể, được dùng để tạo ra những cơ quan nhân tạo thay thế cho con người Đến nay có rất nhiều thử nghiệm liệu pháp gen diễn ra trên thế giới, trong đó chủ yếu diễn ra ở ở Mỹ, Các thử nghiệm lâm sàng gồm : • Các thử nghiệm trong điều trị bệnh ung thư • Các thử nghiệm trong điều trị HIV • Các thử nghiệm với các bệnh tim mạch, u xơ, SCID (severe combined immune deficiency), chứng máu khó đông... 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Bệnh Số lần thử nghiệm Bệnh Số lần thử nghiệm AIDS Xơ cứng cơ bên Bệnh Canavan Ung thư Bệnh tim mạch Bệnh xơ cứng cổ tay Bệnh granulomatosis kinh niên Xơ nang Dư cholesterol trong máu Thiếu máu Fanconi Bệnh Gaucher 19 1 2 280 20 1 2 24 1 1 3 Bệnh máu khó đông A Bệnh máu khó đông B Bệnh Hunter Thiếu kết dính bạch cầu Bệnh đa xơ cứng Loạn dưỡng cơ Thiếu Ornithine transcarbamylase Thiếu Purine nucleoside phosphorylase Viêm thấp khớp Suy giảm miễm dịch 2 2 1 1 1 1 1 1 2 3 Các thử nghiệm lâm sàng bằng liệu pháp gen (1990  1999) 3. Ứng dụng của liệu pháp gen 3.1. Liệu pháp gen chữa bệnh rối loạn chức năng gen • Một số bệnh do rối loạn chức năng của gen gây nên hiện tượng suy giảm khả năng miễn dịch tổ hợp trầm trọng. • Tùy theo mức độ sai hỏng của gen dẫn đến rối lọan chức năng của tế bào lympho T và B, từ đó gây nên sự suy giảm, thiếu hụt miễn dịch ở cơ thể người. • Sự suy giảm miễn dịch tổ hợp trầm trọng ở người chia làm 2 nhóm bệnh - Bệnh do sai hỏng gen nằm trên NST giới tính X - Bệnh do sai hỏng gen nằm trên NST thường. 3. Ứng dụng của liệu pháp gen 3.1. Liệu pháp gen chữa bệnh rối loạn chức năng gen Ví dụ1: bệnh X-SCID do sai hỏng gen commongamma nằm trên vai dài của NST X dẫn đến làm mất, hoặc gây rối loạn chức năng của các tế bào có thẩm quyền miễn dịch lympho T và B → suy giảm miễn dịch trầm trọng → có thể gây tử vong Điều trị bằng liệu pháp gen: thay thế gen commongamma đã bị sai hỏng bằng gen commongamma bình thường: • Lấy tế bào tủy xương người bệnh • Tiến hành xạ trị rồi chọn lọc các tế bào khỏe đã được chuyển gen commongamma bình thường bằng cách sử dụng vector retrovirus • Đưa trở lại vào cơ thể người bệnh. • Kết quả là khôi phục được các tế bào T và B 3. Ứng dụng của liệu pháp gen 3.1. Liệu pháp gen chữa bệnh rối loạn chức năng gen Ví dụ 2: Bệnh suy giảm miễn dịch tổ hợp trầm trọng do sự sai lệch của các gen ADA, PNP, CD nằm trên NST thường: gây biến đổi cấu trúc của các enzym, protein tương ứng dẫn đến bệnh suy giảm miễn dịch ở mức độ khác nhau. Điều trị (thay thế ADA hỏng bằng gen ADA bình thường): Sử dụng retrovirus để chuyển gen ADA “lành” vào tế bào lympho T sau đó đưa tế bào lympho T mang gen bình thường vào cơ thể. Để điều trị bệnh ADA-SCID ở người còn có thể dùng các liệu pháp gen khác như sử dụng polyethyleneglycol (PEG-ADA), hoặc liệu pháp tế bào gốc cũng đưa đến kết quả tốt. 3.2. Liệu pháp gen chữa bệnh ung thư 3. Ứng dụng của liệu pháp gen • Sử dụng liệu pháp gen điều trị ung thư chiếm tỷ lệ cao (≈70%). • Các vector liệu pháp được sử dụng như:  Vector virus,  Vector adenovirus,  Vector DNA trần nhưng lại được thiết kế dạng plasmid. Trong đó vector retrovirus được sử dụng sớm nhất và có tỷ lệ cao (hơn 60%) (năm 2003), tiếp theo là vector adenovirus và các vector khác. Liệu pháp gen điều trị ung thư thường theo xu hướng tác động trực tiếp vào khối u theo các phương thức như: • Ức chế sự phát triển khối u bằng việc đưa thêm các gen p53, pRb để kìm hãm phát triển khối u • Sử dụng các gen liệu pháp tăng cường, gây kích hoạt chết theo chương trình, làm tế bào ung thư co lại, tách khỏi sự liên kết với tế bào xung quanh rồi tự chết. • Thay thế gen để phục hồi các protein, enzym sai hỏng, phục hồi khả năng kìm hãm hoạt động của các gen gây ung thư. • Sử dụng các gen tạo ra các sản phẩm có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư. Ví dụ như gen tự tử ced (suicide gene). • Sử dụng các hợp chất tự nhiên tác dụng trực tiếp vào tế bào ung thư, bao vây thành mạch ngăn chặn mối liên hệ về dinh dưỡng của tế bào ung thư. Do đó tế bào ung thư thiếu dinh dưỡng và bị chết dần. 3.2. Liệu pháp gen chữa bệnh ung thư 3. Ứng dụng của liệu pháp gen 3.3. Liệu pháp gen chữa bệnh do sự thay đổi chức năng protein 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Một số bệnh gây nên do đột biến gen → thay đổi cấu trúc bậc một của protein → thay đổi chức năng của protein. Ví dụ: bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm SCA (Sickle Cell Anemia) do đột biến gen β globin Gen bình thường Gen đột biến 3.3. Liệu pháp gen chữa bệnh do sự thay đổi chức năng protein 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Liệu pháp gen: có 3 phương pháp: • Sửa chữa sai lệch của bộ ba mã hóa cho acid amin thứ 6 của gen βs globin. Dùng vector retrovirus chuyển gen β globin bình thường và cả gen γ globin vào tế bào tủy xương của người bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm. • Sửa chữa các sai lệch của bộ ba mã hóa cho acid amin thứ 22 và acid amin thứ 87 trên gen β globin để tạo các dạng HbF và HbA2 bình thường • Cắt bỏ gen bị hỏng (gen βs globin), thay thế bằng gen β globin bình thường cho các tế bào máu trong tủy xương. Xu hướng này thường dùng đối với trẻ sơ sinh bị bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm 3.3. Liệu pháp gen chữa bệnh do sự thay đổi chức năng protein 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Các bước điều trị bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm Tách tế bào tủy xương người bệnh Chọn lọc tế bào khỏe mạnh Chuyển gen β globin bình thường nhờ retrovirus Nuôi cấy tế bào mang gen β globin bình thường Người bệnh đã loại bỏ bớt tế bào tủy xương mang gen đột biến Người bênh Xạ trị Theo dõi, đánh giá 3.3. Liệu pháp gen chữa bệnh HIV/AIDS 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Cấu trúc và hệ gen của virus HIV Chu trình tái bản của virus HIV Lympho T4 3.3. Liệu pháp gen chữa bệnh HIV/AIDS 3. Ứng dụng của liệu pháp gen 3.3. Liệu pháp gen chữa bệnh HIV/AIDS 3. Ứng dụng của liệu pháp gen Các xu hướng sử dụng trong điều trị HIV/AIDS: • Chuyển các gen liệu pháp nhằm hạn chế khả năng xâm nhiễm và nhân bản của HIV. • Kích thích các gen của cơ thể để tăng cường miễn dịch chống sự phát triển của HIV. • Sử dụng các gen tự sát (Suicide gene) đã biến đổi làm cho các tế bào đã nhiễm HIV tự chết. • Tạo vacine phòng chống nhiễm HIV bằng công nghệ di truyền. 3.4. Liệu pháp gen chữa các bệnh khác 3. Ứng dụng của liệu pháp gen • Teo cơ DMD: - Nguyên nhân: đột biến lặn của gen dystrophin nằm trên NST X → protein dystrophin bị biến dạng → liệt cơ, teo cơ vận động, cơ trơn - Điều trị bằng liệu pháp gen: vector mang cDNA của gen dystrophin bình thường bằng thay thế gen đột biến bằng biện pháp vi tiêm, liposome, hoặc vector restrovirus - Đã nghiên cứu thành công trên chuột nhưng hiệu quả không cao trên người 3.4. Liệu pháp gen chữa các bệnh khác 3. Ứng dụng của liệu pháp gen • Máu khó đông: - Nguyên nhân: gen mã hóa protein FVIII và FIX bị đột biến → protein FVIII và FIX bị mất chức năng, giảm yếu tố đông máu → máu khó đông. - Điều trị bằng liệu pháp gen: sử dụng vector mang cDNA của gen FVIII hoặc FIX bình thường - Đã nghiên cứu thử nghiệm trên động vật 4. Vấn đề an toàn và triển vọng của liệu pháp gen 4.1. Vấn đề an toàn của liệu pháp gen • Phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định của Quốc tế, Quốc gia để giảm thiểu rủi ro. • Các rủi ro trong liệu pháp gen là việc gắn sai vị trí, gây đột biến gen, gen liệu pháp không biểu hiện hoặc biểu hiện không như mong đợi • Một số loại vector virus có thể biến đổi trở thành tác nhân gây bệnh, và sự hiểu biết về cơ chế gây bệnh của một số gen đột biến còn chưa đầy đủ. • Kỹ thuật sử dụng trong liệu pháp gen phức tạp, đòi hỏi chính xác mà chỉ một số phòng thí nghiệm tiên tiến mới thực hiện được. Do vậy, liệu pháp gen trong điều trị, chữa bệnh cần phải nghiên cứu và cải tiến hơn nữa 4. Vấn đề an toàn và triển vọng của liệu pháp gen 4.2. Triển vọng của liệu pháp gen ở Việt Nam • Ở Việt Nam hiện đã có một số nghiên cứu điều trị ung thư bằng liệu pháp miễn dịch như nghiên cứu và sản xuất interferon, interleukin (IL2) để điều trị ung thư. • Một số cơ sở nghiên cứu đã sản xuất được vacine viêm gan tái tổ hợp để phòng chống bệnh viêm gan. Hy vọng rằng trong một tương lai không xa, liệu pháp gen trong chữa bệnh cho người sẽ được thực hiện và phát triển từng bước ở Việt nam