Etter flere tilbakeslag har kliniske forsøk de siste årene vist at genterapi effektivt kan brukes til behandling av alvorlig, genetisk sykdom. Den første genterapimedisinen ventes godkjent i EU denne sommeren.
Av Tage Thorstensen i GENialt 2/2011
Tanken om at gener kan brukes til behandling av sykdom, ble lansert på begynnelsen av 1970-tallet da professor Theodore Friedmann (bildet) ved UC San Diego Moores Cancer Center i USA publiserte artikkelen «Gene therapy for human genetic disease» i det vitenskapelige tidsskriftet Science. Genterapi vil si å overføre genetisk materiale til humane celler for medisinske formål eller for å påvirke biologiske funksjoner. Dette kan gjøres ved å tilføre et friskt gen i pasientens vev, eller ved å ta ut stamceller som får korrigert det defekte genet før de settes tilbake i pasienten. Det er vanlig å bruke genmodifiserte virus for å få overført genet til cellene (se faktaboks under).
Tar tid å utvikle ny behandling
Da de første genterapiforsøkene på mennesker ble startet på 1990-tallet, var det store, og etter manges mening, urealistiske forventninger til genterapi som behandlingsmetode. De første forsøkene var mislykkede, og etter flere år med tilbakeslag var det mange som var kritiske til metoden. Men ifølge genterapi-pioneren Friedmann og mange av ekspertene innen genterapi, skiller ikke den lange utviklingstiden på to–tre tiår seg fra utviklingen av etablerte behandlingsmetoder som for eksempel kjemoterapi og beinmargstransplantasjon. Selv om metoden er langt fra perfekt, og mye forskning gjenstår, har genterapi vist seg å ha blitt mer effektiv i behandlingen av stadig flere alvorlige, genetiske sykdommer.
Tidlig tilbakeslag
Genterapifeltet fikk sitt alvorligste tilbakeslag da 18-åringen Jesse Gelsinger fra USA døde etter genterapibehandling mot en mild form for leversykdom i 1999. Han døde av multiorgansvikt som skyldtes en immunreaksjon mot adenovirusvektoren som ble brukt for å frakte genet inn i cellene (se faktaboks under).
Et annet tilbakeslag kom året etter, da fem av 20 franske barn som deltok i et klinisk genterapiforsøk for behandling av immunsykdommen X-SCID (fra engelsk X-linked severe combined immunodeficiency disorder, på norsk X-bundet alvorlig kombinert immunsvikt), utviklet leukemi (blodkreft). X-SCID skyldes en mutasjon i et gen på X-kromosomet som fører til mangel på immunceller, noe som gjør at pasientene dør av infeksjoner tidlig i barndommen. Barn med SCID er også kjent som «boblebarn» fordi de må leve i helt sterile miljø for å unngå livstruende infeksjoner. Sykdommen behandles vanligvis med beinmargstransplantasjon, men prognosene for helbredelse er dårlige. Barn med SCID var derfor kandidater for behandling med genterapi. For å behandle barn med X-SCID ble stamceller tatt ut fra barnas beinmarg. Cellene ble behandlet i laboratoriet med et retrovirus (se faktaboks under) som inneholdt en frisk kopi av det defekte genet. De korrigerte stamcellene ble deretter satt tilbake i de syke barna for at de skulle gjenopprette immunsystemet. For fem av de 20 barna viste det seg at viruset integrerte seg, det vil si satte seg inn i, arvestoffet på steder som gjorde at de aktiverte såkalte protoonkogener. Protoonkogener er gener som blir til onkogener, det vil si kreftgener, dersom de blir overaktive. Hos disse fem barna førte det til at de fikk leukemi, og ett av dem døde som følge av leukemisykdommen. De andre barna som utviklet leukemi, er i dag friske. Av de 18 barna som fortsatt lever ti år etter behandlingen, er 17 kurert for immunsykdommen. Mange mener at behandlingen derfor, tross alt, må regnes som vellykket.
Senere er det utviklet sikrere vektorer for å føre inn genene (se faktaboks under) for blant annet behandling av SCID, og i dag er genterapi den beste behandlingsmetoden for flere varianter av denne sykdommen.
Et tilbakeslag av nyere dato kom i 2008 for genterapiproduktet Cerepro, som er utviklet for behandling av hjernekreft. Cerepro inneholder en adenovirusvektor med genet for tymidinkinase (TK) som injiseres direkte i hjernen rett etter fjerning av hjernesvulsten. Pasientene behandles deretter med legemiddelet ganciklovir som sammen med den tymidinkinasen som lages av cellene selv, danner et giftstoff i kreftceller som deler seg. Denne behandlingen ble imidlertid ikke godkjent av Det europeiske legemiddelkontoret (European Medicines Agency – EMA) på grunn av for dårlig effektivitet og risiko for svak lammelse av den ene siden av kroppen hos noen av pasientene.
Vellykket behandling med genterapi
I de senere årene er det rapportert om flere vellykkede kliniske forsøk hvor genterapi er brukt som behandlingsmetode; fra korrigering av mutasjoner i enkeltgener til modifisering av celler i immunsystemet for å behandle kreft:
- Hiv/aids
Genterapi mot hiv (fra engelsk Human Immunodeficiency Virus, på norsk humant immunsviktvirus) har også vist lovende resultater. Personer som er smittet med hivviruset, utvikler etter hvert aids (fra engelsk Acquired Immune Deficiency Syndrome, på norsk ervervet immunsviktsyndrom). Én av genterapistrategiene som brukes, baserer seg på resultater fra den første aidspasienten som ble kurert for sykdommen. Denne aidssyke mannen utviklet også alvorlig leukemi. Legene behandlet ham derfor først med immundempende medisiner og strålebehandling av hele kroppen, før de transplanterte beinmarg fra en donor som var motstandsdyktig (resistent) mot hiv. Én prosent av den kaukasiske befolkningen (den hvite befolkningen) er resistente, det vil si motstandsdyktige, mot hiv, fordi de har en mutasjon i en bestemt reseptor (en CCR5-reseptor kalt delta 32). Hivviruset infiserer immunsystemets T-celler ved å binde seg til to reseptorer (CD4-reseptoren og CCR5-reseptoren), men hvis CCR5 er ødelagt, klarer ikke viruset å binde seg. Behandlingen er imidlertid risikabel og avhengig av donorer som er resistente mot hiv, og dem er det ikke mange av. Én genterapistrategi går derfor ut på å ta ut T-celler med CD4-reseptorer fra pasienten, for så å tilføre adenovirus med gener for enzymer (sinkfingernukleaser) som kutter CCR5-reseptoren slik at den ikke lenger kan binde hivvirus. Cellene blir så dyrket i kultur, før de blir ført tilbake til hivpasientene. Det er vist at disse cellene har overlevd i tre måneder i pasientene, men i motsetning til pasienten som fikk beinmargstransplantasjon der alle cellene inneholdt CCR5-mutasjonen, hadde disse pasientene bare fem prosent av denne typen celler. Håpet er at hivviruset i disse pasientene skal drepe de ikke-muterte cellene, slik at bare de muterte, motstandsdyktige cellene blir igjen. Det er vist at dette skjer i mus som er modifisert til å ha et menneskelignende immunforsvar. Her ble nesten alle cellene med vanlig CCR5-reseptor erstattet med de muterte CCR5-cellene etter hivinfeksjon. - Blodsykdommen β-talassemi
β-talassemi (uttales beta-talassemi) er en alvorlig blodsykdom som nylig har blitt behandlet med suksess ved hjelp av genterapi. Pasientene har en mutasjon i genet som koder for β-globinkjeden i hemoglobinet som transporterer oksygen i blodet. De har derfor en ineffektiv blodproduksjon som gjør at de lider av anemi (blodmangel), og er avhengig av regelmessig blodoverføring hele livet. Den eneste behandlingen til nå har vært beinmargstransplantasjon, noe som forutsetter at det finnes en passende donor. Nylig ble det i det vitenskapelige tidsskriftet Nature publisert data fra et klinisk forsøk som viste lovende resultater for behandling av β-talassami med genterapi. I dette forsøket ble stamceller fra beinmargen hos pasienter med sykdommen dyrket i cellekultur i laboratoriet. Der ble cellene behandlet med modifiserte lentivirus (se faktaboks under) som inneholdt en funksjonell kopi av β-globingenet. Før de korrigerte cellene ble satt tilbake, ble pasientene behandlet med store doser kjemoterapi for å drepe de syke stamcellene. Denne kjemoterapibehandlingen var helt avgjørende for suksess, fordi de korrigerte cellene dermed ikke ble fortynnet ut av de syke. Selv om pasientene fortsatt har en mild form for anemi, klarer de seg fortsatt uten blodoverføringer ett år etter at de fikk behandlingen.
- Parkinsons sykdom
Genterapibehandling har vist seg å ha en positiv effekt på Parkinsons sykdom, som er en alvorlig sykdom i sentralnervesystemet. I dag finnes det ingen kur for sykdommen, og medisinene som er på markedet, lindrer bare symptomene. Parkinsonpasientene mangler signalmolekylet dopamin i hjernen. Det fører til at en neurotransmitter (et signalmolekyl) kalt GABA (fra engelsk gamma-aminobutyric acid, på norsk gammaaminosmørsyre), som har en hemmende funksjon, ikke blir produsert i et område i hjernen kalt nucleus subthalamicus. Dette området blir da overaktivt. Konsekvensen blir at signalene for kontrollert muskelbevegelse blir blokkert. Ved hjelp av hjernekirurgi ble genet som koder for GAD (fra engelsk glutamic acid decarboxylase, på norsk glutaminsyredekarboksylase), som er enzymet som produserer GABA, satt direkte inn i nucleus subthalamicus. Genet ble transportert av et ufarlig adenoassosiert virus (se faktaboks under). Pasientene som ble behandlet på denne måten, ble tydelig bedre av Parkinsons sykdom sammenlignet med kontrollgruppen seks måneder etter behandling. I et kontrolleksperiment hadde en pasient fortsatt effekt av behandlingen sju år etter å ha fått denne typen behandling. Det tyder på at genene som er overført, fortsatt fungerer og reduserer aktiviteten i nucleus subthalamicus. - Medfødt synstap
Øyesykdommen Lebers medfødte synstap (Leber´s congenital amaurosis – LCA, på norsk Lebers kongenitale amaurose,) er en sykdom som skyldes en defekt i fotoreseptoren RPE65 som har sin funksjon i retina (netthinnen) i øyet. Fotoreseptorer gjør at vi oppfatter lys og farge. Mutasjoner i RPE65- genet fører til alvorlig tap av syn i tidlig barndom og senere blindhet hos voksne. I 2009 ble en åtte år gammel gutt kurert for denne sykdommen etter å ha blitt behandlet ved hjelp av genterapi. En såkalt AAV-vektor (se faktaboks under) med det korrigerte genet for fotoreseptoren RPE65 ble sprøytet direkte inn i retina i øyet. Alle de 12 pasientene som ble behandlet fikk bedre syn, men effekten var større hos barn enn hos voksne.
Godkjente behandlinger
Det er stor forskningsaktivitet på bruk av genterapi rundt omkring i verden, og det rapporteres stadig om fremgang innen feltet og om vellykkede forsøk på mennesker. Likevel er ennå ingen genterapiprodukter godkjent for salg av verken det amerikanske mat- og legemiddeltilsynet (Food and Drug Administration – FDA) i USA eller EMA i Europa. Det eneste produktet som er godkjent på verdensbasis, er for behandling av nakke- og hodekreft. Produktet Advexin, som er basert på tumorsuppressorgenet (antikreftgenet) p53 og utviklet av Introgen Terapeutics, ble ikke godkjent av FDA, men ble godkjent i Kina i 2003.
Det forventes at det første produktet som godkjennes av EMA, blir genterapiproduktet Glybera, som produseres av Amsterdam Molecular Therapeutics (AMT). Dette er en AAV-vektor (se faktaboks under) som inneholder det humane genet som koder for lipoproteinlipase. Pasienter som har mutasjon i lipoproteinlipasegenet (LPL) lider av lipoproteinlipasemangel (LPLD). Dette gjør at de ikke klarer å bryte ned fettmolekyler i blodet, og at de dermed samler opp store mengder fett i blodet. Dette fettet danner store lipoproteinkomplekser som blokkerer blodårene i bukspyttkjertelen, noe som kan føre til potensielt dødelig betennelse. Det ventes at EMA tar en avgjørelse om Glybera i midten av 2011. AMT utvikler også genterapiprodukter for behandling av hemofili B (en blødersykdom), Duchennes muskeldystrofi, akutt intermitterende porfyri (en stoffskiftesykdom), Parkinsons sykdom (se beskrivelse over) og Sanfillipos syndrom type B (en stoffskiftesykdom).
FAKTA – Genterapi
Genterapi innebærer at genetisk materiale tilføres en pasient for å helbrede sykdom som skyldes genfeil. Hvis sykdommen skyldes feil i ett enkelt gen som gjør at det ikke produseres funksjonelt protein fra genet, erstattes det ødelagte genet med en funksjonell kopi. Fra denne kopien blir det da produsert funksjonelt protein. I andre tilfeller kan sykdom skyldes at et gen er overaktivt og/eller produserer genprodukter som er giftige for cellene. I slike tilfeller kan genterapi brukes til å bryte ned det mRNA-et som blir laget fra genet, slik at cellene ikke lenger lager skadelige mengder av proteinet.
Genterapi kan deles inn i in vivo genterapi, som omfatter direkte injisering av genetisk materiale til pasienten, og ex vivo genterapi, der man tar ut celler eller stamceller fra pasienten og korrigerer det ufunksjonelle genet. Deretter dyrker man cellene i laboratoriet, for så å sette dem tilbake i pasienten.
For at genmaterialet skal komme inn i cellene for å korrigere det ødelagte genet, må det transporteres inn i cellene ved hjelp av en såkalt vektor. Disse vektorene er vanligvis virale eller ikke-virale. Virale vektorer er virus som er forandret slik at genene som vanligvis forårsaker sykdom ved virusinfeksjon, er tatt ut og erstattet med det genet man vil bruke til behandling av sykdommen. Forskerne benytter seg dermed av virusenes evne til å infisere celler, men i stedet for å forårsake sykdom, vil virusene tilføre det friske genet som cellene deretter bruker, som oppskrift til å lage funksjonelle proteiner. Aktiviteten til genet eller genmaterialet som tilføres, styres av en promotor som sitter foran genet. Den fungerer som en av-/på-bryter som sikrer riktig genaktivitet, slik at det blir produsert riktige mengder protein fra genet.
De virale vektorene består hovedsakelig av retrovirusvektorer, som integreres i arvestoffet permanent, eller adenovirusvektorer, som ikke integreres i arvestoffet. Integrerende vektorer brukes i celletyper som deler seg raskt, mens adenovirusvektorer brukes i celler som deler seg sakte eller som ikke deler seg. I tillegg finnes adenoassosierte virus (AAV) som integreres på ett bestemt område på kromosom 19, og som i liten grad fører til immunrespons hos pasienten, eller aktiverer onkogener (kreftgener) slik retrovirus kan gjøre.
Lentivirus, som blant annet inkluderer hivviruset, er en type retrovirus som etter testing i dyremodeller har vist seg å være sikrere enn andre retrovirusvektorer. De første vellykkede behandlingene med bruk av lentivirus er allerede gjort på to barn som led av en arvelig sykdom i sentralnervesystemet.
Kilder:
- Sheridan C. (2011) Gene therapy finds its niche. Nature Biotechnology 29(5), 459.
- Friedmann T., Rabin O. og Frankel M. S. (2010) Ethics. Gene doping and sport. Science 327(5966), 647–648.
- Cohen J. (2011) The emerging race to cure HIV infections. Science 332(6031), 784–789.
- Cavazzana-Calvo M. et al. (2010) Transfusion independence and HMGA2 activiation after gene therapy of human β-thalassaemia. Nature 467(7313), 318–322.
- Lewitt P. A. et al. (2011) AAV2-GAD gene therapy for advanced Parkinson’s disease: a double-blind, sham-surgery controlled, randomised trial. Lancet Neurol. 10(4), 309–319.
- Det amerikanske mat- og legemiddeltilsynet, Food and Drug Administration (FDA) www.fda.gov.
- Det europeiske legemiddelkontoret, European Medicines Agency (EMA) www.ema.europa.eu.
