Article pour le concours « bio/mol/texte » : « Misha est née le 12 février enfant en bonne santé. Mais à 1,5 mois, j'ai commencé à remarquer que sur toutes les photographies le bébé prend la même position, comme si ses jambes étaient immobiles. En quelques semaines, nous avons reçu un diagnostic, sympathisé et conseillé de commencer à planifier un deuxième enfant en bonne santé." En raison d'une combinaison fatale de gènes, Misha, comme d'autres enfants atteints de cette maladie, a été obligée de courte vie combattez pour chaque mouvement. Combattez désespérément, de toutes vos forces, mais à la fin, perdez. Spinal atrophie musculaire (SMA) fait partie des anomalies génétiques contre lesquelles l’humanité est encore impuissante. Cependant, les succès de la thérapie génique, que le monde médical observe aujourd'hui, peuvent transférer la SMA et d'autres pathologies héréditaires graves dans la catégorie des pathologies curables. De plus, ils sont curables in utero.
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La nature fait des erreurs, l'homme corrige
Le concept de thérapie génique est élégant et beau, comme toutes les choses ingénieuses. Elle consiste à introduire du matériel génétique sain dans une cellule à l'aide de systèmes vectoriels afin de remplacer des gènes « erronés » auxquels sont associées diverses maladies (Fig. 1).
« Biomolécule » a déjà écrit en détail sur les possibilités qu'ouvre la thérapie génique dans le traitement du cancer et des anomalies héréditaires, en particulier la rétinite pigmentaire.
Et si dans les années 80 du siècle dernier, quand on commençait à parler assez fort de thérapie génique, sa théorie semblait à beaucoup être une continuation du scénario du film « Retour vers le futur », mais aujourd'hui elle est devenue une réalité, ouvrant de nouvelles perspectives véritablement illimitées.
Cependant, il est clair que la thérapie génique présente un certain nombre de limites, notamment lorsqu’il s’agit de maladies héréditaires. Tout d'abord, le processus pathologique dans de tels cas peut commencer in utero. Au moment où la maladie est finalement diagnostiquée, parfois des années après la naissance du bébé, des dommages irréversibles aux cellules et aux organes peuvent s'être développés, limitant ou éliminant considérablement les options thérapeutiques.
La possibilité de résoudre ce problème s'est présentée grâce au diagnostic prénatal moderne, qui permet de détecter les anomalies chromosomiques dès les premiers stades de la grossesse. En obtenant du matériel fœtal à l’aide de techniques invasives, les maladies génétiques peuvent être diagnostiquées rapidement et de manière fiable. Et dans les cas d'hémoglobinopathies, le besoin de manipulations invasives disparaît complètement : pour les identifier, il suffit d'examiner l'ADN fœtal obtenu à partir des cellules sanguines de la mère.
Prénatal moderne techniques de diagnostic en combinaison avec les progrès de la thérapie génique, opportunité unique corriger « l’erreur » de la nature et intervenir dans le processus pathologique avant même les dommages cellulaires irréversibles. Fournir un traitement diverses maladies bébé dans l'utérus ou au moins inhiber la progression de la maladie, selon toute vraisemblance, peut thérapie génique fœtale, ou thérapie génique fœtale.
L'idée de la thérapie génique fœtale est loin d'être nouvelle : quelques années seulement après la première tentative de thérapie génique chez l'adulte, en 1994, les chercheurs ont commencé à discuter sérieusement de l'utilisation de cette technique innovante in utero. Aujourd'hui, alors que le traitement des maladies génétiques dans l'utérus est presque passé d'une perspective fantastique à une réalité, de nombreux travaux ont été publiés dans lesquels la thérapie génique fœtale et ses avantages par rapport à la thérapie génique chez l'adulte ont été publiés.
Prénatal contre après la naissance
Anticipant les questions sur l’opportunité d’une correction intra-utérine d’une anomalie génétique, intéressons-nous d’emblée aux avantages de la thérapie génique fœtale par rapport à la thérapie génique postnatale.
Large gamme d'effets sur les organes et les systèmes
On sait que dans de nombreuses maladies génétiques (par exemple l'épidermolyse bulleuse ou la mucoviscidose), il peut être assez difficile d'influencer les principaux maillons du processus pathologique presque immédiatement après la naissance. La correction des gènes mutants chez le fœtus en développement permet d'augmenter rapidement la population de cellules souches, fournissant ainsi un large pool de cellules transfectées et, par conséquent, un effet thérapeutique prononcé.
Production simplifiée d'un vecteur clinique porteur de matériel génétique
Le dosage du vecteur viral utilisé pour transférer le matériel génétique dépend du poids corporel. En raison de la petite taille du fœtus, il est possible d'obtenir une biodistribution du vecteur beaucoup plus élevée au même dosage que lors d'une thérapie génique chez un adulte. Cela permet d'économiser du temps et de l'argent. De simples données comparatives permettent d’imaginer l’importance des économies réalisées : par exemple, un fœtus entre 14 et 16 semaines de grossesse (période optimale pour l’induction vectorielle) pèse environ 100 g, alors que le poids corporel moyen d’un adulte est d’environ 60 kg.
Augmenter l'efficacité du traitement en raison d'une réponse immunitaire incomplète
Un certain nombre d'études ont démontré que l'immunité humorale contre les adénovirus et les virus adéno-associés (AAV) (Figure 2) de certains sérotypes couramment utilisés comme vecteurs peut entraîner un échec de l'expression du transgène. Cela pourrait être l’un des principaux obstacles à une transplantation réussie.
Environ 50 % des adultes ayant une réponse immunitaire acquise à ces vecteurs viraux sont à risque. Mais même en l’absence de sensibilité, l’administration de vecteurs chez l’adulte conduit souvent au développement d’une réponse immunitaire réduisant la durée et le niveau d’expression du transgène. Donc après injection intramusculaire vecteur adénoviral avec gène protéique dystrophine Les souris adultes atteintes de dystrophie musculaire de Duchenne développent des anticorps dirigés contre la dystrophine, ce qui est associé à une diminution significative de l'efficacité de l'expression. Dans le même temps, le fœtus dans l’utérus est immunologiquement immature, ce qui permet la délivrance du vecteur viral et du produit transgénique sans la restriction imposée par la réponse immunitaire.
Les avantages évidents de la thérapie fœtale par rapport à la correction postnatale la rendent plus haute efficacité et la faisabilité, en particulier pour les maladies graves mettant la vie en danger. Même dans les cas où une guérison complète ne peut être obtenue, la thérapie génique fœtale peut influencer les aspects pathologiques de la maladie, en facilitant son évolution et en améliorant le pronostic. Et, par conséquent, cela pourrait devenir la seule alternative thérapeutique pour mettre fin à la grossesse pour des milliers de familles. En outre, le nombre de maladies qui pourraient potentiellement être contrôlées grâce à l'introduction de la thérapie génique fœtale en pratique clinique, vraiment énorme.
Perspectives et opportunités
La thérapie génique fœtale a le potentiel de contrôler de nombreux pathologies dangereuses. Seule une petite fraction d’entre eux est présentée dans le tableau 1.
| Maladie | Médicament de thérapie génique | Cellules et/ou organes cibles | Âge de manifestation de la maladie | Prévalence | Durée de vie |
|---|---|---|---|---|---|
| Fibrose kystique | CFTR (régulateur transmembranaire) | Cellules épithéliales des voies respiratoires et des intestins | Troisième trimestre de grossesse | 1:4000 | Environ 35 ans |
| Dystrophie musculaire de Duchenne | Dystrophine | Myocytes | 2 ans | 1:4500 | 25 ans |
| Atrophie musculaire spinale | protéine SMN | Motoneurones | 6 mois (type I) | 1:10 000 | 2 ans |
| Hémophilie | Facteur de coagulation VIII ou IX | Hépatocytes | 1 an | 1:6000 | |
| Bêta-thalassémie | Globine | Précurseurs des globules rouges | Jusqu'à un an | 1:2700 | Jusqu'à 20 ans |
| Maladie de Gaucher | Glucocérébrosidase | Hépatocytes | 9,5 ans | 1:59 000 | Moins de 2 ans |
| Défauts du cycle de l'urée | Ornithine transcarbamylase | Hépatocytes | 2 jours | 1:30 000 | 2 jours |
| Épidermolyse bulleuse | Collagène de type VII | Kératinocytes | Naissance | 1:40 000 | Avec une thérapie correcte durée normale vie |
| Encéphalopathie ischémique hypoxique | Facteurs neurotrophiques | Neurones corticaux | Naissance | 1:1000 | Avec un traitement approprié, espérance de vie normale |
| Retard de croissance intra-utérin sévère | Facteurs de croissance placentaire | Trophoblaste | Fœtus | 1:500 | Quelques jours |
De plus, les pathologies considérées comme contrôlées par la thérapie fœtale comprennent :
- Troubles de l'immunodéficience- syndrome des lymphocytes nus, hypoplasie du cartilage, syndrome de Chediak-Higashi, maladie granulomateuse chronique, syndrome de Kostman, déficit d'adhésion leucocytaire, syndrome d'Omenn, syndrome de Wiskott-Aldrich.
- Hémoglobinopathies- Maladie Rh, porphyrie érythropoïétique congénitale.
- Maladies associées à un déficit d'activité enzymatique- Maladie de Gaucher, maladie de Krabbe, leucodystrophie métachromatique, mucopolysaccharidoses, maladie de Wolman, maladie de Niemann-Pick.
- Autre- dyskératose congénitale, lymphohistiocystose hémaphagocytaire familiale, ostéopétrose infantile, syndrome de Shwachman-Diamond, etc.
La liste des maladies qui peuvent être à la portée de la thérapie génique fœtale est étonnante : cette technique permettra vraisemblablement d'intervenir dans des domaines auparavant hors du contrôle de l'homme. processus pathologiques causées par des maladies monogéniques. Leur nombre, selon l'Organisation mondiale de la santé, atteint dix mille. Néanmoins, il est important de prendre en compte l'existence d'un certain nombre de limites, et notamment les risques pour la mère et le fœtus associés à la thérapie génique intra-utérine.
Peurs et risques
Les risques spécifiques du transfert de gènes prénatal sont fondamentalement différents de ceux de la thérapie génique postnatale. Ceux-ci incluent des effets indésirables à court terme et des effets postnatals à long terme. Leur pertinence est exacerbée par le fait qu’hypothétiquement, l’expression de gènes fœtaux peut avoir des effets imprévisibles sur le développement prénatal et postnatal.
Tout d'abord, la procédure de transfert elle-même est directement associée à un risque accru de fausse couche, de chorioamnionite et d'accouchement prématuré. Des études ont documenté des réactions inflammatoires au vecteur, en particulier une infiltration hépatique et une nécrose hépatique lors de la thérapie génique fœtale de mouton.
Le succès de la thérapie génique fœtale peut être contrecarré par la réponse immunitaire fœtale, ce qui comporte certains risques pour le résultat final. Les réponses humorales et cellulaires à l'introduction d'un vecteur ou d'une protéine transgénique via des systèmes de transduction cellulaire peuvent éliminer les produits de transfert ou neutraliser l'expression du transgène. Dans le même temps, des études ont démontré la dépendance de la force de la réponse immunitaire à l’âge gestationnel. Aucune réaction immunitaire significative à l'introduction d'un vecteur lentiviral au début et au milieu de la grossesse n'a été enregistrée, tandis qu'une puissante réponse humorale contre l'antigène de la capside a été observée avec l'introduction d'un vecteur adénoviral aux stades avancés.
L’un des problèmes extrêmement importants de la thérapie génique fœtale est le risque potentiel qui survient lors de la transmission des séquences d’ADN d’un donneur au fœtus. L’intégration vectorielle dans les cellules germinales étant susceptible d’être aléatoire, elle pourrait théoriquement avoir des conséquences catastrophiques pour le fœtus. En fait, un enfant qui reçoit du matériel génétique d’un donneur in utero naît mutant. La composante éthique de la thérapie génique inquiète les esprits des scientifiques et des théologiens. Ces derniers, depuis la naissance du mouton le plus célèbre de l’histoire des sciences, alertent sur les dangers que l’interférence dans le dessein de Dieu fait courir à l’humanité.
Un autre aspect important est dû à la probabilité d'une mutagenèse dans les cellules fœtales, conduisant à un défaut de tout gène fonctionnel, qui peut finalement devenir la cause d'une nouvelle maladie génétique acquise ou d'une tumeur maligne. Cette possibilité semble encore plus probable étant donné les preuves d’une étude sur la souris dans laquelle l’expression de gènes dans des embryons de souris a déclenché le développement de tumeurs hépatiques.
Dans ce contexte, il est peut-être loin d'être résultats aléatoires deux études démontrant le développement de graves Effets secondaires après une thérapie génique réussie du déficit immunitaire combiné lié à l'X : dans le premier cas, la manifestation d'une maladie lymphoproliférative monoclonale a été enregistrée, et dans le second - la prolifération des lymphocytes T alpha/bêta. Dans le premier comme dans le deuxième cas, le vecteur rétroviral a été intégré à proximité immédiate du gène OVM2 dans les cellules T en prolifération.
Théoriquement, la thérapie génique ex vivo peut être plus sûr que in vivo injection fœtale du vecteur. Bien que cela n’exclue pas la possibilité d’une mutagenèse dans les cellules transduites par voie rétrovirale in vitro, l'introduction de mutagènes peut être plus facilement détectée et contrôlée. Malheureusement, ces complications ne peuvent être totalement exclues.
Enfin, la thérapie génique fœtale augmente la susceptibilité des cellules fœtales à la transduction. Une transduction rétrovirale de faible niveau dans les progéniteurs de cellules germinales a été observée dans les gonades mâles et femelles après injection intrapéritonéale du vecteur dans des embryons de mouton et de singe, respectivement. L'analyse des facteurs conduisant à une transduction involontaire a montré que la sensibilité des tissus fœtaux à celle-ci dépend de l'âge gestationnel, avec des taux de transduction plus élevés en début de grossesse.
Du point de vue des risques potentiels, il est évident que la thérapie génique fœtale peut être une méthode raisonnable pour traiter uniquement les maladies génétiques graves pour lesquelles il n'existe pas d'autres options de correction. Et parmi elles, bien sûr, la maladie de Gaucher, pour laquelle la possibilité d'une thérapie génique intra-utérine a été démontrée dans une étude publiée tout récemment.
Premier à disparaître : la maladie de Gaucher
En juillet 2018, le magazine Médecine naturelle a publié les résultats d'une étude sur la souris dirigée par Simon Waddington ( Simon Waddington) du London Institute of Women's Health. Les résultats des travaux ont démontré l’efficacité de la thérapie génique fœtale dans le traitement des maladies neurodégénératives et notamment de la maladie de Gaucher. Il s'agit de la forme la plus courante parmi les enzymopathies héréditaires rares, qui repose sur un déficit de l'activité enzymatique lysosomale. glucosecérébrosidase(Fig. 3), provoquée par des mutations du gène glucosylcéramidase. Selon la nature des mutations, une forme neuropathique sévère de la maladie peut se développer, se manifestant dès l'enfance, ou une forme à apparition plus progressive et avec des symptômes moins sévères. Si les formes bénignes de la maladie de Gaucher répondent bien au traitement substitutif, la forme grave reste mortelle. Les signes de la forme incurable de la maladie de Gaucher apparaissent au cours des premiers mois de la vie et comprennent une hypotonie musculaire progressive, un retard et une régression du développement psychomoteur et d'autres signes neurologiques.
Dans une étude, Waddington et al. ont démontré que l’injection intracrânienne du vecteur viral adéno-associé 9 (AAV9) à des souris embryonnaires au jour 16 de la gestation entraînait une expression accrue de la glucosecérébrosidase, qui inversait la neurodégénérescence. Dans le même temps, l’activité enzymatique dans le cerveau était comparable à celle des souris en bonne santé. Malgré le fait que les rongeurs malades aient toujours reçu un diagnostic de processus inflammatoire dans le cerveau, ils se sont nettement mieux développés que les souris du groupe témoin, qui ont dû être euthanasiées deux semaines après le traitement en raison de la gravité de la maladie.
Les souris traitées par thérapie génique fœtale ont vécu au moins 18 semaines, étaient fertiles et mobiles. Il est intéressant de noter que l’administration postnatale du vecteur a également atténué la maladie, mais s’est avérée moins efficace que l’expression prénatale.
Parce que l'AAV9 était capable de pénétrer dans le cerveau à partir de la circulation sanguine, l'équipe de Waddington a mené une autre expérience dans laquelle elle a injecté une dose significativement plus élevée du vecteur non pas dans le cerveau, mais directement dans le sang des fœtus de souris. Les souris étaient en grande partie impossibles à distinguer des souris saines après expression, mais comme elles n’ont vécu que 55 jours, les scientifiques n’ont pas pu tirer de conclusions sur l’efficacité à long terme de la thérapie génique intraveineuse.
L'expérience de Waddington constitue à ce jour le travail le plus complexe dans lequel une thérapie génique fœtale a été réalisée chez des animaux. Aujourd'hui, l'équipe travaille avec la société Apollo Thérapeutique, qui a rassemblé les efforts de trois universités britanniques et de trois grandes sociétés pharmaceutiques. Waddington et ses collègues poursuivent un nouvel objectif : cette fois, ils sont chargés d'obtenir des données précliniques et potentiellement de tester le traitement chez l'homme. Et tandis que les sceptiques s'interrogent sur l'éventail des possibilités d'utilisation de la thérapie génique fœtale chez l'homme, qui pourrait être considérablement réduit par le fait que la maladie de Gaucher n'est pas incluse dans les tests prénatals, l'équipe de Waddington avance avec confiance vers l'avenir. Un avenir où les enfants atteints de la maladie de Gaucher, de la dystrophie musculaire de Duchenne, de l'AMS et de nombreuses autres maladies rares pourront guérir, mais aujourd'hui, hélas, maladies incurables.
Littérature
- 12 méthodes en images : le génie génétique. Partie II : Outils et techniques ; Réponses immunitaires aux vecteurs de thérapie génique : influence sur la fonction des vecteurs et les mécanismes effecteurs. Gène Ther. 11 , S10-S17 ;
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- Heather A. Hartman, Avery C. Rossidis, William H. Peranteau. (2018). Thérapie génique in utero et édition du génome. Représentant des cellules souches Curr. 4 , 52-60;
- Anna L. David, Donald Peebles. (2008). . Meilleures pratiques et recherche en obstétrique et gynécologie cliniques. 22 , 203-218;
- Résumé du front de la thérapie génique. Nouvelle stratégie pour neutraliser l'hémophilie ;
- Charles Coutel. (2008). Pourquoi s’embêter ? : La thérapie génique in utero en vaut-elle la peine ? . Thérapie moléculaire. 16 , 219-220;
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- Société européenne de thérapie génique (ESGT) Communiqué de presse, Bernd Gansbacher. (2003). Rapport d'un deuxième événement indésirable grave dans un essai clinique de thérapie génique pour le déficit immunitaire combiné sévère lié à l'X (X-SCID) . J. Gène Med.. 5 , 261-262;
- Giulia Massaro, Citra N. Z. Mattar, Andrew MS Wong, Ernestas Sirka, Suzanne M. K. Buckley, et. al.. (2018). Thérapie génique fœtale pour les maladies neurodégénératives du nourrisson. Nat Med. 24 , 1317-1323.
La première partie (avant la ligne bleue) est une introduction à la thérapie génique, en principe, pour mieux comprendre les méthodes elles-mêmes, et, juste un peu, pour ne pas se faire prendre par le professeur. Si vous n’avez pas le temps et avez besoin de matériel SPÉCIFIQUE sur une question, faites défiler la page au-delà de la ligne bleue.
La thérapie génique visait initialement à traiter les maladies héréditaires monogéniques, mais sa portée s'est ensuite élargie et elle a commencé à être considérée comme une approche potentiellement universelle pour traiter l'ensemble du spectre des maladies, notamment les maladies infectieuses, le cancer, l'athérosclérose, le diabète et un certain nombre d'autres. .
"Traitement génétique"- correction d'un défaut d'un gène (maladies monogéniques) - au niveau des cellules somatiques et germinales - remplacement d'un gène mutant par un gène normal.
"Traitement avec des gènes"- correction du défaut par l'introduction d'un gène fonctionnel à part entière (ADNc).
Tout d’abord, un peu de théorie générale :
Condition décisive Une thérapie génique réussie consiste à assurer une délivrance efficace, c'est-à-dire transfection (V. dans un sens large) ou transduction (lors de l'utilisation de vecteurs viraux) d'un gène étranger dans des cellules cibles, assurant son fonctionnement à long terme dans ces cellules et créant les conditions du plein fonctionnement du gène (son expression).
Stratégies pour corriger les défauts génétiques :
Par type de système vectoriel :
Viral
Avantages des vecteurs viraux: transduction d'un grand nombre de cellules ; tropisme; résistance à la dégradation lysosomale.
Inconvénients des vecteurs viraux: immunogénicité (avec issue fatale - adéno- et herpèsvirus) ; cancérogénicité potentielle (rétrovirus).
Non viral
· Injection directe dans une cellule, un tissu, un organe (également appelée microinjection) ;
Lipofection (à l'aide de divers liposomes modifiés (vésicules lipidiques contenant de l'ADN) ;
· Électroporation ;
· Contient un plasmide ;
· ADN complexé (ADN plasmidique combiné à des sels, des protéines, etc.) ;
· Pistolet à gènes (l'ADN est attaché à des particules d'or projetées dans les tissus du patient) ;
· L'endocytose médiée par le récepteur.
Avantages de la distribution non virale: sécurité relative; manque de réponse immunitaire; facilité d'utilisation.
Inconvénients de la distribution non virale: faible efficacité transfections; niveau faible expression.
Théoriquement, la méthode la plus radicale et la plus efficace consiste à remplacer le gène défectueux dans les cellules germinales (thérapie génique fœtale), mais des problèmes éthiques se posent. À l’heure actuelle, toutes les approches de thérapie génique reposent sur la thérapie génique au niveau des cellules somatiques.
Selon le mécanisme d'action du gène inséré ou de la molécule d'ADN transférée, la thérapie génique est divisée en positive (restauration de la fonction du gène (par restauration de son fonctionnement ou insertion d'une nouvelle copie de travail) ou négative - suppression de la fonction du gène). De plus, il existe une approche visant à améliorer la réponse immunitaire, qui est principalement utilisée dans la thérapie génique du cancer (plus d'informations ci-dessous).
En outre, de nouvelles informations génétiques peuvent être introduites dans le corps humain, dans le cadre de ses cellules préalablement transformées in vitro. approche ex vivo. L'approche par laquelle l'information génétique est introduite directement dans les cellules d'une personne vivante est appelée (soudainement) in vivo, l'introduction locale dans certaines zones est appelée in situ. À l'heure actuelle, il existe des précédents réussis pour l'introduction d'informations génétiques in utero (dans l'embryon), au Royaume-Uni, sauvant récemment un enfant d'une maladie mitochondriale.
Approches supplémentaires de thérapie génique :
· ADN antisens, ARN (+) : spécificité, utilisable dans tout vecteur, non immunogène ; (-) : dégradation rapide dans la cellule) ;
· Ribozymes (+) : ont les propriétés des enzymes - ils ne sont pas consommés, sont capables de catalyser le clivage d'une cible, contrairement aux protéines qui ne sont pas immunogènes, induisent la synthèse d'interféron ; (-) : dégradation rapide ;
· Protéines transdominantes négatives ;
· Anticorps à chaîne unique ;
· Gènes suicides (au lieu de « traiter » une cellule, elle peut simplement être tuée, utilisée dans des systèmes anticancéreux (plus de détails ci-dessous) ;
· Introduction de lymphocytes spécifiques de l'antigène ;
· Chiméroplastie (hybrides ADN/ARN de structure en épingle à cheveux, produisant une recombinaison homologue dans le noyau) ;
Voici uniquement des exemples de méthodes de thérapie génique ; pour les descriptions de maladies, voir les tickets numérotés précédents.
Maladies monogéniques :
Déficit en adénosine désaminase(syndrome ADA) est le premier exemple relativement réussi d’utilisation de la thérapie génique. Elle a été réalisée le 14 septembre 1990. Cette date est considérée comme l’anniversaire de la véritable thérapie génique.
Par leucophorèse, des cellules mononucléées ont été isolées du sang périphérique, puis cultivées dans des conditions de prolifération des lymphocytes T. Ensuite, un vecteur rétroviral contenant le gène ADA normal a été introduit dans les cellules proliférant in vitro. Quelques jours plus tard, les cellules sanguines transduites ont été réinjectées au patient. Le processus a été répété 7 fois sur 10 mois. L'effet a été positif, ¼ des lymphocytes du corps ont reçu le gène actif. L'introduction de cellules modifiées a été répétée tous les 3 à 5 mois. Actuellement, la thérapie génique pour cette maladie évolue vers l’utilisation de cellules souches de patients. Cela réduira considérablement le nombre d'injections de cellules modifiées en raison de leurs multiples divisions déjà présentes dans le corps lui-même et, après avoir obtenu un avantage sélectif et quantitatif des cellules souches modifiées par rapport aux cellules natives, formera un niveau suffisant d'enzyme dans le corps.
Hypercholestérolémie héréditaire - On sait que les hépatocytes non divisés ne peuvent pas être infectés par des rétrovirus. Après l'hépatectomie, les hépatocytes commencent à proliférer et acquièrent la capacité d'être infectés par des rétrovirus. L'ADNc du gène normal du récepteur LDL-R a été introduit dans des hépatocytes obtenus à partir du foie du patient à l'aide d'un vecteur rétroviral. Après réinfusion d'hépatocytes recombinants par la veine porte dans le foie, une diminution des taux sanguins de lipoprotéines de basse densité (en particulier du cholestérol) et du rapport lipoprotéines de basse densité/lipoprotéines de haute densité a été observée. Cela signifie que les cellules introduites ont fonctionné in vivo et ont intériorisé et métabolisé le cholestérol.
Hémophilie B – Des expériences réussies ont été menées sur des chiens en utilisant une stratégie ex vivo avec
délivrance d'ADNc codant pour le facteur IX aux hépatocytes. Il a été possible d'obtenir une synthèse de facteur IX en quantités constituant 0,1 % de la quantité normale de facteur IX dans le plasma sanguin. Pour tenter d'augmenter la concentration de facteur IX, des vecteurs adénoviraux ont été utilisés, mais l'effet a été de courte durée. Le sang des animaux a coagulé, mais l'effet a complètement disparu au bout de 2 mois (inconvénient typique des vecteurs adénoviraux).
Hémophilie A - Des rapports ont fait état de l'introduction réussie d'un gène de facteur VIII tronqué chez des souris dans le cadre d'un vecteur rétroviral. Le résultat est un niveau thérapeutique du facteur dans le sang.
Fibrose kystique - Il a été démontré que le remplacement de 6 à 10 % des cellules épithéliales pulmonaires par des cellules transfectées rétablirait la normale. fonctions de transport canaux transmembranaires assurant le transport des ions chlore. Les rétrovirus ne conviennent pas, car ils n'infectent pas les cellules qui ne se divisent pas ; les adénovirus conviennent sous certaines réserves, car ils provoquent des réactions inflammatoires lors d'expériences sur des souris. Le problème réside en outre dans la barrière glycocalyx à la surface des cellules. Une approche pour résoudre ce problème consiste à modifier un vecteur qui comprend un ligand spécifique pour un récepteur à la surface des cellules épithéliales pulmonaires. L'interaction du ligand avec le récepteur aboutit généralement à l'internalisation du vecteur, ainsi que du récepteur, dans la cellule. Le récepteur transmembranaire P2Y2-R a été choisi comme tel récepteur. Ce récepteur participe au déclenchement d’une cascade de réactions inflammatoires dans la cavité pulmonaire. Les ligands utilisés étaient soit des anticorps monoclonauxà ce récepteur, ou un ligand naturel - biotineUTP.
Dystrophie musculaire de Duchenne - La maladie commence à se manifester dès l'enfance et une thérapie génique doit être pratiquée à ce moment-là. Le plus prometteur est l’utilisation de vecteurs adénoviraux. À cause de longue longueur gène, les chercheurs utilisent des copies raccourcies mais fonctionnelles de la protéine. Des expériences sur des modèles de souris présentant un gène de dystrophine défectueux ont montré que 5 à 50 % des cellules musculaires exprimaient une protéine de dystrophine tronquée. C’était suffisant pour minimiser la dégénérescence musculaire. Il existe des données sur des essais cliniques d'une construction génétique portant le gène de la dystrophine pour le traitement des patients atteints de dystrophie musculaire de Duchenne. Les enfants malades, après injection dans les muscles de cette conception, ont acquis la capacité de bouger. Cependant, l’effet fut de courte durée.
Maladies multifactorielles à l’exemple du cancer :
Le cancer est généralement la conséquence de changements en plusieurs étapes dans la cellule. La complexité associée à l'implication de plusieurs gènes et de leurs produits dans le processus tumoral a soulevé des doutes quant à l'efficacité de la thérapie génique contre le cancer. Cependant, de nombreuses expériences montrent que la compensation d’un seul gène suppresseur peut conduire à la suppression des propriétés tumorales des cellules.
Immunothérapie anticancéreuse :
Utilisation de constructions de thérapie génique qui stimulent la réponse antitumorale immunitaire (principalement cellulaire). Pour créer des constructions génétiques, les gènes suivants sont utilisés : Antigènes (auxquels le système immunitaire répond) ; Complexe MHCI (complexe majeur d'histocompatibilité) ; facteur B7 ; Cytokines ; Récepteurs des lymphocytes T. La suppression du développement tumoral peut être obtenue en clonant des gènes pour les cytokines : les interleukines IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-12, ainsi que le facteur de nécrose tumorale α (TNF-α), les interférons ( INF-α, INF-ϒ)
Suppression de la croissance cellules cancéreuses en y introduisant des gènes dont les produits suppriment le développement tumoral :
Gènes suppresseurs de tumeurs (RB, P53, mdm2, Cip 1, P16, Cycline D)
· Gènes du suicide
Inhibiteurs d'oncogènes
· Facteurs antiangiogenèse
Inhibiteurs de cycline
· Gènes qui augmentent la sensibilité des cellules tumorales aux composés médicinaux
· Gènes pour transporteurs de médicaments (introduction, par exemple, dans les cellules de la moelle osseuse)
Le gène p53 revêt une importance capitale dans la suppression des oncogènes (responsables de l'apoptose et est capable d'arrêter le cycle cellulaire, empêchant ainsi une division incontrôlée), c'est pourquoi sa mutation conduit presque toujours à une dégénérescence maligne de la cellule. Les vecteurs adénoviraux sont utilisés pour introduire une copie de travail du gène p53 dans l’organisme. Une fois que le gène p53 commence à s’exprimer dans le noyau d’une cellule cancéreuse, il induit son apoptose.
Une autre approche est suppression des oncogènes. Une mutation du gène RAS peut conduire à un fonctionnement constitutif du système de signalisation déclenchant la division (cascade MAP kinase, rappelle Nikolaychik J). Pour bloquer ce gène, vous pouvez 1) inhiber l’expression de RAS en introduisant le gène intact ; 2) inhibition du RAS par les ribozymes ; 3) inhibition des gènes en aval de la voie de signalisation ; 4) empêcher l'intégration de la protéine RAS dans la membrane.
Utilisation de virus oncolytiques. L'oncolyse virale est une approche fondamentalement nouvelle du traitement du cancer, basée sur la capacité naturelle des virus à tuer (lyser) les cellules dans lesquelles ils se multiplient. A cet effet, on utilise des réovirus, des poliovirus, des échovirus et des virus Coxsackie + quelques adénovirus modifiés, qui se multiplient préférentiellement dans les cellules tumorales et les conduisent à l'apoptose. Des essais cliniques de REOLYSIN, fabriqué par Oncolytic Biotech, sont actuellement en cours. Les adénovirus exprimant des protéines antiangiogéniques sont considérés comme très prometteurs.
Le 30 août 2017, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a approuvé la première thérapie génique au monde contre le cancer du sang. Il s'agit deà propos de Kymriah (tisagenlecleucel) de Novartis Pharmaceuticals, basé sur la technologie CAR-T et destiné au traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë à cellules B chez les enfants et les jeunes adultes de moins de 25 ans réfractaires à d'autres traitements ou en rechute maladie.
L’utilisation de la technologie d’édition du génome CRISPR/Cas9 ouvre de nouvelles opportunités en thérapie génique. CRISPR/Cas9 vous permet de modifier l'ADN des cellules de manière très précise et sûre. Et si vous combinez la technologie CRISPR/Cas9 avec l'administration à l'aide de virus adéno-associés, cela vous permettra apparemment d'influencer systématiquement le corps et de modifier en toute sécurité le génome d'un très grand nombre de cellules.
Et en 2016, des généticiens de l'Université Duke (États-Unis) ont annoncé que, pour la première fois dans l'histoire, ils avaient réussi à réaliser une thérapie génique sur un mammifère adulte (souris) et à le guérir d'une maladie génétique associée à la dystrophie musculaire. Pour ce faire, une version modifiée de la technologie d’édition génétique relativement nouvelle CRISPR/Cas9 a été utilisée. La technologie d’édition génétique CRISPR/Cas9 implique l’utilisation d’un virus adéno-associé pour aider à acheminer le matériel génétique vers sa destination. Grâce à cette technologie, des expériences réussies ont été menées sur l'édition génétique de cellules individuelles dans des tubes à essai et sur des embryons unicellulaires. Malheureusement, la possibilité d’une manipulation génétique des embryons humains reste controversée.
CRISPR/Cas a dépassé toutes les attentes. Il a permis, avec un minimum d'erreurs, à la fois de « désactiver » les gènes nécessaires et d'insérer de nouveaux gènes dans des régions strictement définies du génome.
En décembre 2015, le groupe scientifique de Feng Jang a modifié ce système afin qu'il soit totalement exempt d'erreurs, ce qui a été publié dans la principale revue scientifique Science. Les scientifiques ont remplacé 3 acides aminés, éléments constitutifs de la protéine, dans l'endonucléase Cas9, après quoi le nombre d'erreurs dans un tel système a été réduit à presque zéro.
L’utilisation de CRISP/Cas9 est particulièrement pertinente pour la thérapie génique du vieillissement, où il est nécessaire d’influencer les voies de longévité communes à la plupart des cellules du corps. Jusqu’en 2015, aucun essai clinique sur la thérapie génique du vieillissement n’avait été mené sur l’homme, ce qui n’est pas surprenant puisque le vieillissement n’est toujours pas reconnu comme une maladie.
En outre, la thérapie génique pour le vieillissement est encore un domaine très jeune et en développement. Actuellement, toutes les recherches sur la thérapie génique du vieillissement sont menées sur des modèles de souris, de rats, de singes et de cultures cellulaires humain - cellules in vitro.
Toutes les approches de thérapie génique du vieillissement sont divisées entre celles où le gène de longévité est délivré au corps et celles où de petits ARN sont introduits pour « désactiver » le gène ou la voie du vieillissement. Autrement dit, dans le premier cas, quelque chose d'utile pour la longévité est introduit et dans le second, quelque chose de nuisible est désactivé. Au sens strict, seules deux études sur la thérapie génique du vieillissement chez les mammifères ont été menées avant 2015.
De nombreux travaux modélisent la thérapie génique chez des souris transgéniques. Dans de telles études, le gène thérapeutique n'est pas introduit dans le corps d'une souris adulte, mais à l'aide de ingénierie génétique créer des souris dont le génome a été modifié depuis la naissance. Comme la thérapie génique, elle permet d’étudier comment l’augmentation ou la diminution de l’activité de différents gènes affecte la durée de vie et le vieillissement du corps.
Examinons ce que la thérapie génique et le génie génétique pourraient théoriquement faire pour lutter contre le vieillissement.
L'avantage de la thérapie génique par rapport aux autres méthodes de prolongation de la vie
Pourquoi avons-nous besoin d’une thérapie génique si nous pouvons utiliser des médicaments anti-âge (géroprotecteurs) ? Par rapport à d'autres approches de prolongation de la vie (par exemple, les géroprotecteurs ou restriction alimentaire, prolongeant la vie jusqu'à 30 à 50 %), il suffit d'effectuer une thérapie génique une seule fois dans la vie, et les pilules doivent être prises tout le temps et ne pas être oubliées - sinon le résultat ne sera pas complet. Par exemple, dans l'ouvrage d'Andrzej Bartke de 2001 Les restrictions alimentaires ont prolongé la vie des souris de 30 %. Cependant, les souris ont consommé régime hypocalorique jusqu'à 670 jours d'affilée, soit chaque jour pendant la moitié de votre vie ! Pour la plupart des gens, cela n’est pas réaliste. Et dans l'expérience de thérapie génique de Maria Blasco (discutée plus loin dans cet article) en 2012, la thérapie génique par télomérase a conduit à un effet légèrement moindre : les souris ont commencé à vivre 20 % plus longtemps. Cependant, dans ce travail, les souris n'ont reçu qu'une seule injection du médicament dans le sang au cours de leur vie, ce qui est assez vieillesse!Par conséquent, si nous parlons de l'application des recherches sur l'extension de la vie à l'homme, la thérapie génique présente un avantage absolu, car elle ne réduit pas la qualité de vie en raison de la nécessité d'un traitement constant - suivre un certain régime chaque jour ou utilisez constamment des géroprotecteurs ou d'autres médicaments. La thérapie génique est également très ciblée et peut donc entraîner moins d’effets secondaires.
En plus, médicaments ont des restrictions sur la biodisponibilité dans divers tissus et les organes.
L'introduction du gène de la télomérase (TERT) chez des souris sauvages de deux ans (40 à 50 ans en années humaines) avec une seule injection augmente la longueur des télomères et prolonge leur vie de 20 %.
Le scientifique a suggéré qu'il existe un certain compteur de division dans les cellules qui limite leur nombre total. Dix ans plus tard, le scientifique russe Alexeï Olovnikov a proposé un mécanisme hypothétique pour le fonctionnement de ce compteur.
Olovnikov a suggéré que lorsque les cellules se divisent, les extrémités des chromosomes, appelées télomères, se raccourcissent légèrement. Et lorsque les télomères atteignent une longueur critique, la cellule cesse de se diviser et vieillit. Par la suite, Elizabeth Helen Blackburn, cytogénéticienne américaine, est devenue lauréate du prix Nobel de physiologie ou médecine 2009 avec Carol Greider et Jack Shostak avec la mention « pour la découverte des mécanismes de protection des chromosomes par les télomères et l'enzyme télomérase » selon la théorie proposée en 1971 par Alexei Olovnikov.
Dans les cellules non vieillissantes (par exemple, les cellules souches germinales et embryonnaires), au contraire, il doit y avoir une enzyme qui allonge les télomères, permettant ainsi aux cellules de se diviser presque indéfiniment. De plus, il a été démontré que les dommages causés au gène de la télomérase raccourcissent considérablement la vie des animaux modèles et conduisent au développement du syndrome de vieillissement prématuré - la progeria.
Après la découverte de la télomérase, des dizaines de scientifiques se sont intéressés à la création d'un remède contre la vieillesse basé sur celle-ci. Il semblerait que « l’activation » de la télomérase dans toutes les cellules puisse rendre le corps immortel. Cependant, des inquiétudes sont rapidement apparues car une synthèse active de télomérase est observée dans 90 % des tumeurs cancéreuses. La question s'est posée : l'activation de la télomérase entraînerait-elle un risque de transformation maligne ?
De plus, il s’est avéré que le vieillissement cellulaire ne s’accompagne pas toujours d’un raccourcissement des télomères. Par exemple, dans le cas des cellules épithéliales de la muqueuse buccale ou de la cornée de l'œil humain. Cela suggère que l’activation de la télomérase à elle seule pourrait ne pas suffire à rajeunir l’ensemble du corps. Avant de passer à la thérapie génique, les effets de la télomérase ont été étudiés chez des souris transgéniques. Il s'est avéré que si vous « activez » le gène TERT dans toutes les cellules de souris, l'espérance de vie augmente de 40 % ! Cependant, l’activité persistante de la télomérase augmente également le risque de cancer. Par conséquent, la question s’est posée de savoir comment activer la télomérase pendant une période plus courte.
C'est exactement ce qu'a fait l'article de Maria Blasco de 2012 (voir graphique). Le gène de la télomérase a été administré dans le corps de la souris à l'aide d'un virus adéno-associé (AAV9), capable d'être administré par voie systémique. Les virus adéno-associés se caractérisent par une grande sécurité : ils n'intègrent pas le gène délivré dans le génome de l'hôte, et ne conduisent donc pas à de mutagenèse (pas de risque de cancer). De plus, ils ne déclenchent pratiquement pas de réponse immunitaire. Dans le même temps, la thérapie avec le gène TERT s'est avérée totalement sûre : le risque de cancer chez la souris n'a pas augmenté. Des souris âgées de deux ans ont reçu une injection d'un adénovirus dans lequel le gène de la télomérase a été inséré. Cela a prolongé la durée de vie des souris de 20 % (comme le montre le graphique ci-dessus). Et cela, en théorie, pourrait permettre aux personnes âgées de 40 à 50 ans de recevoir une seule injection d'un tel médicament et de prolonger leur vie de 8 à 12 ans supplémentaires.
Aujourd’hui, la télomérase peut être stimulée par des médicaments. Recherche intéressante dans ce domaine ont été menés par des scientifiques de l'Université de Ljubljana (Slovénie) en 2016 après plusieurs études réussies. essais cliniques sur le rajeunissement vasculaire avec de faibles doses de valsartan et de fluvastatine. Cette fois, ils ont mesuré l’activité de la télomérase après rajeunissement vasculaire dans des échantillons de sang provenant de 130 patients.
Ainsi, un traitement d'un mois augmente considérablement l'activité de la télomérase de 3,28 fois, ce qui est en corrélation significative avec une fonction endothéliale améliorée (rajeunissement vasculaire) et une inflammation réduite des vaisseaux sanguins. Et cette augmentation du niveau de télomérase persiste, diminuant progressivement, pendant encore six mois. Mais il reste à déterminer dans quelle mesure cette augmentation de la télomérase affecte efficacement les télomères.
Il est important de savoir que les télomères ne peuvent pas nécessairement prolonger notre vie si une telle thérapie n’est pas effectuée au bon moment et pendant trop longtemps.
De plus, la stimulation de la télomérase seule ne peut pas allonger les télomères. L'activité de la télomérase reste presque inchangée avec l'âge - regardez le graphique de gauche. Mais les télomères sont encore raccourcis.
Il existe également aujourd'hui sur le marché un médicament qui augmente l'activité de la télomérase - le TA-65. Il est très coûteux et il n’a pas été démontré dans les études qu’il prolonge la vie des souris. Regardez le graphique de gauche. Dans une étude réalisée en 2011, des scientifiques du Ministère espagnol Centre d'oncologie ont commencé à donner du TA-65 à des souris âgées de deux ans pour augmenter la télomérase, comme dans l'étude précédente. Ce n'est que dans l'étude précédente que des souris ont reçu une injection pour une thérapie génique. Mais le médicament TA-65 n'a en aucun cas prolongé la vie des souris, contrairement à la thérapie génique (voir graphique de gauche) et s'est avéré absolument inutile pour prolonger la vie et ralentir le vieillissement.
En 2011, des scientifiques de l’Université du Texas ont étudié les télomères et la télomérase dans des cultures cellulaires provenant de plus de 60 espèces de mammifères. Le rôle des télomères dans la longévité n'était pas si évident... Les recherches montrent (en comparant environ 60 espèces de mammifères) que plus les télomères d'une espèce sont longs, plus les mutations de son ADN s'accumulent rapidement, plus il y a de tumeurs cancéreuses et plus son espérance de vie est courte. . La longueur des télomères est inversement corrélée à la durée de vie. Cela suggère que le résultat de la télomérase qui prolonge la vie, obtenu chez la souris avec une seule injection, pourrait ne pas prolonger la vie chez l'homme. La question des télomères reste ouverte pour les humains.
Conclusion:À l'avenir, en théorie, nous pourrons augmenter la longueur des télomères en introduisant le gène de la télomérase (TERT) à l'âge de 40-50 ans avec une seule injection, mais une telle thérapie à elle seule n'est clairement pas suffisante. Le plus rapidement possible, nous devons trouver une combinaison d’effets de la thérapie génique permettant de prolonger considérablement la vie humaine. Aujourd'hui, nous pouvons imiter l'effet en utilisant une thérapie d'un mois une fois tous les six mois avec une combinaison de médicaments. valsartan 20 mg + fluvastatine 10-20 mg, ou telmisartan + atorvastatine 10 mg. Au moins, ces médicaments combinés sont capables de stimuler la télomérase elle-même.
La perturbation du gène Agtr1a, qui code pour les récepteurs de l'angiotensine AT1a, prolonge la vie des souris transgéniques de 26 % par rapport aux souris sauvages.
Les antagonistes des récepteurs de l'angiotensine II, ou bloqueurs des récepteurs AT1, constituent l'un des nouveaux groupes de médicaments antihypertenseurs (médicaments destinés à traiter la tension artérielle). Ces médicaments comprennent tous les médicaments groupes de sartans (par exemple, telmisartan).En utilisant les primates comme exemple, Kaplan a montré que si vous rassemblez un groupe de primates mâles, les singes développeront en quelques jours une hiérarchie sociale. Le plus pire endroit dans une telle hiérarchie, il se situe au bas. Les primates mâles dans une position subordonnée démontrent un certain nombre d'indicateurs stress chronique. Ils développent souvent de l'athérosclérose. Quand les scientifiques donnaient un bêta-bloquant à des primates mâles situés au bas de la hiérarchie sociale (à risque) propranolol, supprimant l'activité du système nerveux sympathique, l'athérosclérose vasculaire ne s'est pas développée.
Il s'est avéré que le système nerveux sympathique, en raison du stress, affecte négativement le développement de l'athérosclérose et est impliqué dans des problèmes cardiaques et vasculaires. Le stress émotionnel se réalise à travers le système autonome sympathique (adrénergique). système nerveux, qui relie les centres de contrôle de notre cerveau et de nos organes internes. Y compris le système immunitaire, la moelle osseuse, etc. L'athérosclérose est le principal facteur qui entraîne le plus grand nombre de décès dans les pays développés par crise cardiaque et accident vasculaire cérébral.
Un essai randomisé, en double aveugle et contrôlé par placebo réalisé en 1983 par Goldstein S et al. a révélé que la thérapie propranolol chez 3 837 patients présentant un infarctus aigu du myocarde, réduit la mortalité de maladies cardiovasculaires(1ère cause de décès dans le monde).
En mars 2017, des scientifiques français ont rapporté avoir réussi Etudes cliniques thérapie génique pour le traitement de la drépanocytose.
Un comité de l’Académie nationale américaine des sciences et de l’Académie nationale de médecine a soutenu dès 2017 l’édition du génome des embryons humains. Mais seulement pour maladies graves et sous contrôle strict.
conclusions
1. Toutes les approches de thérapie génique du vieillissement sont divisées entre celles où le gène de longévité est délivré au corps et celles où le gène ou la voie du vieillissement est « désactivé ».
2. Comparée à d’autres approches de prolongation de la vie, la thérapie génique ne doit être pratiquée qu’une seule fois dans la vie.
3. Introduction du gène de la télomérase (TERT), perturbation du gène Agtr1a, knock-out de GHRKO, perturbation des gènes codant pour les récepteurs IGF-1, surexpression de FGF21, knock-out d'AC5, délétion de RIP3, édition du gène PCSK9, surexpression de Klotho, knock-out de RAGE, expression de surexpression de BubR1, surexpression de MTH1 - ce sont tous des exemples des plus moyens efficaces génie génétique ou thérapie génique pour prolonger la vie des animaux.
4. Pour obtenir des résultats plus significatifs en thérapie génique contre le vieillissement et en génie génétique contre le vieillissement, il est nécessaire de combiner différentes approches. Ajouter des balises
La thérapie génique est l'un des domaines de la médecine en développement rapide, qui consiste à traiter une personne en introduisant des gènes sains dans le corps. De plus, selon les scientifiques, grâce à la thérapie génique, il est possible d’ajouter un gène manquant, de le corriger ou de le remplacer, améliorant ainsi le fonctionnement de l’organisme au niveau cellulaire et normalisant l’état du patient.
Selon les scientifiques, 200 millions de personnes sur la planète sont actuellement des candidats potentiels à la thérapie génique, et ce chiffre est en constante augmentation. Et il est très encourageant de constater que plusieurs milliers de patients ont déjà été soignés pour des maladies incurables dans le cadre d'essais en cours.
Dans cet article, nous parlerons des tâches que se fixe la thérapie génique, des maladies qui peuvent être traitées avec cette méthode et des problèmes auxquels les scientifiques sont confrontés.
Où est utilisée la thérapie génique ?
La thérapie génique a été conçue à l'origine pour lutter contre des maladies héréditaires graves telles que la maladie de Huntington, la mucoviscidose et certaines maladies infectieuses. Cependant, l’année 1990, lorsque les scientifiques ont réussi à corriger un gène défectueux et, en l’introduisant dans le corps du patient, à vaincre la mucoviscidose, est devenue une véritable révolution dans le domaine de la thérapie génique. Des millions de personnes dans le monde ont reçu l’espoir de pouvoir soigner des maladies auparavant considérées comme incurables. Et bien qu’une telle thérapie en soit au tout début de son développement, son potentiel surprend même dans le monde scientifique.
Par exemple, outre la mucoviscidose, les scientifiques modernes ont progressé dans la lutte contre des pathologies héréditaires telles que l'hémophilie, l'enzymopathie et l'immunodéficience. Par ailleurs, le traitement génique permet de lutter contre certains cancers, ainsi que des pathologies cardiaques, des maladies du système nerveux et même des blessures, par exemple des lésions nerveuses. Ainsi, la thérapie génique traite des maladies d'évolution extrêmement sévère, qui conduisent à mortalité précoce et n'ont souvent aucun autre traitement que la thérapie génique.
Principe du traitement génique
Comme substance active les médecins utilisent des informations génétiques ou, plus précisément, des molécules porteuses de ces informations. Moins couramment, les acides nucléiques d'ARN sont utilisés à cet effet, et plus souvent des cellules d'ADN.
Chacune de ces cellules possède un « copieur » – un mécanisme par lequel elle traduit l’information génétique en protéines. Une cellule qui possède le bon gène et dont le photocopieur fonctionne sans problème est une cellule saine du point de vue de la thérapie génique. Chaque cellule saine possède toute une bibliothèque de gènes originaux, qu’elle utilise pour le fonctionnement correct et harmonieux de tout l’organisme. Cependant, si pour une raison quelconque un gène important est perdu, il n’est pas possible de restaurer cette perte.
Cela devient la cause du développement de maladies génétiques graves, telles que la dystrophie musculaire de Duchenne (avec elle, le patient développe une paralysie musculaire et, dans la plupart des cas, il ne vit pas jusqu'à 30 ans, mourant d'un arrêt respiratoire). Ou une situation moins fatale. Par exemple, une « panne » d'un certain gène conduit au fait que la protéine cesse de remplir ses fonctions. Et cela devient la cause du développement de l'hémophilie.
Dans tous les cas énumérés, la thérapie génique vient à la rescousse, dont la tâche est de délivrer une copie normale du gène à une cellule malade et de la placer dans un « copieur » cellulaire. Dans ce cas, le fonctionnement de la cellule s'améliorera et peut-être que le fonctionnement de tout le corps sera restauré, grâce à quoi la personne se débarrassera d'une maladie grave et pourra prolonger sa vie.
Quelles maladies la thérapie génique peut-elle traiter ?
Dans quelle mesure la thérapie génique aide-t-elle réellement une personne ? Selon les scientifiques, il existe environ 4 200 maladies dans le monde qui résultent d’un dysfonctionnement des gènes. À cet égard, le potentiel de ce domaine de la médecine est tout simplement incroyable. Mais ce qui est bien plus important, c’est ce que les médecins ont réalisé jusqu’à présent. Bien sûr, ce chemin comporte de nombreuses difficultés, mais aujourd'hui, un certain nombre de victoires locales peuvent être identifiées.
Par exemple, les scientifiques modernes développent des approches pour traiter les maladies coronariennes par l’intermédiaire des gènes. Mais il s’agit d’une maladie incroyablement courante qui touche de nombreuses personnes. plus de gens que les pathologies congénitales. En fin de compte, la personne confrontée à maladie coronarienne, se retrouve dans un état où la thérapie génique peut être son seul salut.
De plus, aujourd'hui, les pathologies associées à des lésions du système nerveux central sont traitées à l'aide de gènes. Il s'agit de maladies comme la sclérose latérale amyotrophique, la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson. Il est intéressant de noter que pour traiter ces maladies, on utilise des virus qui ont tendance à attaquer le système nerveux. Ainsi, grâce au virus de l'herpès, des cytokines et des facteurs de croissance sont délivrés au système nerveux, ralentissant ainsi le développement de la maladie. Il s'agit d'un exemple clair de la manière dont un virus pathogène qui provoque habituellement une maladie est traité dans conditions de laboratoire, privé de protéines, porteur de la maladie, et est utilisé comme une cassette qui délivre aux nerfs substances curatives et agit ainsi au profit de la santé, prolongeant la vie humaine.
Une autre maladie héréditaire grave est la cholestérolémie, qui empêche le corps humain de réguler le cholestérol, ce qui entraîne une accumulation de graisse dans le corps et une augmentation du risque de crise cardiaque et d'accident vasculaire cérébral. Pour faire face à ce problème, les spécialistes prélèvent une partie du foie du patient et corrigent le gène endommagé, arrêtant ainsi l'accumulation de cholestérol dans le corps. Le gène corrigé est ensuite placé dans un virus de l’hépatite neutralisé et renvoyé au foie.
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Il y a des évolutions positives dans la lutte contre le sida. Ce n’est un secret pour personne que le SIDA est causé par le virus de l’immunodéficience humaine, qui détruit le système immunitaire et ouvre la porte à des maladies mortelles dans le corps. Les scientifiques modernes savent déjà comment modifier les gènes pour qu'ils cessent d'affaiblir le système immunitaire et commencent à le renforcer pour contrer le virus. Ces gènes sont introduits par le sang, par transfusion sanguine.
La thérapie génique agit également contre le cancer, notamment contre le cancer de la peau (mélanome). Le traitement de ces patients implique l'introduction de gènes présentant des facteurs de nécrose tumorale, c'est-à-dire gènes qui contiennent des protéines antitumorales. De plus, des essais sont actuellement menés pour le traitement du cancer du cerveau, où des patients malades reçoivent une injection d'un gène contenant des informations permettant d'augmenter la sensibilité des cellules malignes aux médicaments utilisés.
La maladie de Gaucher est une maladie héréditaire grave causée par une mutation d'un gène qui supprime la production d'une enzyme spéciale, la glucocérébrosidase. Chez les personnes souffrant de cette maladie incurable, la rate et le foie augmentent de volume et, à mesure que la maladie progresse, les os commencent à se détériorer. Les scientifiques ont déjà réussi des expériences visant à introduire dans le corps de ces patients un gène contenant des informations sur la production de cette enzyme.
Voici un autre exemple. Ce n'est un secret pour personne qu'une personne aveugle est privée de la capacité de percevoir des images visuelles pour le reste de sa vie. L'une des causes de la cécité congénitale est considérée comme ce qu'on appelle l'atrophie de Leber, qui, en substance, est Mutation génétique. À ce jour, les scientifiques ont restauré les capacités visuelles de 80 personnes aveugles en utilisant un adénovirus modifié qui a transmis le gène « fonctionnel » au tissu oculaire. À propos, il y a plusieurs années, des scientifiques ont réussi à guérir le daltonisme chez des singes expérimentaux en introduisant des gène humain. Et plus récemment, une telle opération a permis aux premiers patients de guérir le daltonisme.
En règle générale, la méthode de transmission d'informations génétiques à l'aide de virus est la plus optimale, car les virus eux-mêmes trouvent leurs cibles dans le corps (le virus de l'herpès trouvera certainement les neurones et le virus de l'hépatite trouvera le foie). Cependant, cette méthode la délivrance de gènes présente un inconvénient important - les virus sont immunogènes, ce qui signifie que lorsqu'ils pénètrent dans le corps, ils peuvent être détruits par le système immunitaire avant d'avoir le temps d'agir, ou même provoquer de puissantes réponses immunitaires de la part du corps, ne faisant qu'aggraver l'état de santé.
Il existe une autre méthode pour fournir du matériel génétique. C'est une molécule d'ADN circulaire ou un plasmide. Il s’enroule parfaitement en spirale, devenant très compact, ce qui permet aux scientifiques de le « conditionner » dans un polymère chimique et de l’introduire dans une cellule. Contrairement à un virus, un plasmide ne provoque pas de réponse immunitaire dans l’organisme. Toutefois, cette méthode est moins adaptée, car après 14 jours, le plasmide est retiré de la cellule et la production de protéines s'arrête. Autrement dit, de cette manière, le gène doit être introduit sur une longue période jusqu'à ce que la cellule « se rétablisse ».
Ainsi, les scientifiques modernes disposent de deux méthodes puissantes pour transmettre des gènes aux cellules « malades », et l’utilisation de virus semble plus préférable. Dans tous les cas, la décision finale sur le choix d’une méthode ou d’une autre est prise par le médecin, en fonction de la réaction du corps du patient.
Les défis de la thérapie génique
Une conclusion définitive peut être tirée que la thérapie génique est un domaine de la médecine peu étudié, associé à un grand nombre d'échecs et d'effets secondaires, et c'est là son énorme inconvénient. Mais il existe également un problème éthique, car de nombreux scientifiques s’opposent catégoriquement à toute ingérence dans la structure génétique du corps humain. C’est pourquoi il existe aujourd’hui une interdiction internationale sur l’utilisation de cellules germinales, ainsi que de cellules germinales préimplantatoires, en thérapie génique. Cela a été fait afin d’éviter les modifications génétiques et les mutations indésirables chez nos descendants.
Pour le reste, la thérapie génique ne viole aucune norme éthique, car elle est conçue pour lutter contre des maladies graves et incurables dans lesquelles médecine officielle tout simplement impuissant. Et c’est là l’avantage le plus important du traitement génique.
Prends soin de toi!
Aujourd’hui, la thérapie génique commence enfin à être à la hauteur des espoirs placés en elle. Au cours des six dernières années, grâce à l'introduction de gènes fonctionnels spécifiques dans certaines parties du corps du patient, la vision a été restaurée chez 40 patients atteints de cécité héréditaire. Des résultats brillants ont été obtenus dans la lutte contre diverses formes de leucémie : sur 120 sujets, plusieurs patients ont obtenu une rémission d'une durée de trois ans. La thérapie génique a également démontré son efficacité dans la lutte contre l'hémophilie, une maladie héréditaire qui entraîne parfois la mort du patient. Désormais, le patient n'a plus besoin de prendre de fortes doses de médicaments qui augmentent la coagulation sanguine et entraînent des effets secondaires dangereux.
Les résultats positifs ont suscité un grand enthousiasme, notamment parce que la thérapie génique a été abandonnée il y a 15 ans après le décès prématuré de Jesse Gelsinger, un adolescent atteint d'un trouble digestif rare. Le système immunitaire un jeune homme a réagi à l'introduction d'un gène étranger si violemment que le corps ne pouvait pas le supporter. Les succès de la thérapie génique obtenus dans les années 1990 n’ont pas été aussi impressionnants qu’espéré.
Tout cela nous a obligé à reconsidérer certaines méthodes utilisées et à évaluer plus sobrement les possibilités d'utiliser la thérapie génique pour éliminer diverses pathologies. J'ai dû abandonner mes illusions et retourner à Recherche basique. Tout d’abord, il fallait établir la cause des éventuels effets secondaires (comme ceux qui ont conduit à la mort de Gelsinger) et apprendre à les éviter. Une plus grande attention aurait dû être accordée à la communication avec les patients et leurs proches afin que les décisions qu'ils prennent soient éclairées.
La situation a connu un tournant il y a six ans, lorsque la thérapie génique a été utilisée pour guérir un garçon de huit ans, Corey Haas, qui souffrait d'une maladie dégénérative des yeux. Initialement, à la suite d'une manipulation génétique, la protéine manquante a commencé à être produite dans la rétine affectée de l'œil gauche, et quatre jours après l'opération, le garçon s'est rendu au zoo et, à son indescriptible plaisir, s'est rendu compte qu'il voyait un bleu. ciel et ballons multicolores. Trois ans plus tard, des manipulations similaires ont été réalisées avec l'œil droit. Maintenant, Corey voit si bien qu'il peut aller chasser avec son grand-père.
La thérapie génique n'est pas encore entrée dans l'arsenal des médecins en exercice, mais on espère que cela se produira dans les dix prochaines années. En 2012, une tentative a été faite en Europe pour l'utiliser pour éliminer une pathologie rare mais extrêmement douloureuse, le déficit dit familial en lipoprotéine lipase. On s'attend à ce qu'aux États-Unis, l'approbation de l'utilisation de la thérapie génique en médecine soit obtenue en 2016, après quoi il faudra rattraper ce qui a été perdu pendant dix ans d'inaction.
Cruelle déception
Les échecs survenus aux chercheurs dès les premiers stades de l'utilisation pratique de la thérapie génique ont clairement montré à quel point il est difficile de prévoir toutes les conséquences de l'introduction de gènes étrangers dans l'organisme. Trop souvent, les systèmes les plus sûrs pour leur administration se révèlent insuffisamment efficaces, et certains des plus efficaces sont dangereux : une réaction immunitaire trop violente se produit, comme ce fut le cas avec Gelsinger, ou une leucémie se développe.
Pour comprendre ce qui déclenche les effets secondaires et trouver comment en réduire le risque, les généticiens se sont concentrés sur l’étude approfondie du système de transmission de gènes le plus courant : la conception de virus qui agissent comme des seringues d’injection microscopiques.
Tout d’abord, une partie importante de l’ADN viral a été retirée pour laisser place à des gènes destinés à être introduits dans l’organisme du patient. (Cette procédure privait simultanément le virus de sa capacité à se reproduire.) Le virus transformé, portant les gènes cibles, était injecté dans la partie souhaitée du corps, où il les insérait dans les régions appropriées de l'ADN cellulaire, en fonction du type. de virus.
À l'époque où Gelsinger participait en tant que volontaire à des essais cliniques de thérapie génique, le système le plus courant pour introduire des gènes étrangers dans le corps humain était les adénovirus, qui provoquent généralement de légères infection des voies respiratoires supérieures. Selon des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie, le résultat optimal est obtenu en injectant le virus dans le foie ; c’est là que se trouvent les cellules qui produisent l’enzyme digestive qui manquait à Gelsinger. Une copie fonctionnelle du gène de cette enzyme a été insérée dans une particule virale inactivée et un billion de ces particules ont été injectées dans le foie du patient.
Malheureusement, certaines particules ont pénétré non seulement dans les cellules hépatiques, comme elles étaient censées le faire, mais également dans un grand nombre de macrophages - de grandes cellules qui « gardent » le système immunitaire, ainsi que dans les cellules dendritiques, informant ces dernières de l'invasion. d'agents étrangers. Le système immunitaire a immédiatement commencé à détruire toutes les cellules infectées, et ce processus violent a finalement tué le patient.
La gravité de la réponse immunitaire a étonné les chercheurs. Aucun des 17 autres volontaires n’a vécu une situation similaire. On savait que l'adénovirus pouvait provoquer une réaction immunitaire, mais hormis un incident impliquant un singe à qui on avait injecté un adénovirus légèrement différent de celui décrit ci-dessus, le cas de Gelsinger était unique. "La population humaine est beaucoup plus hétérogène que la population animale", explique James Wilson de l'Université de Pennsylvanie, qui a développé le système de transmission de gènes ciblé utilisé dans les essais cliniques de Gelsinger. "Et dans notre cas, un patient était, d'une manière ou d'une autre, significativement différent. des autres." Peut-être que la tragédie ne se serait pas produite si la dose du virus avait été plus petite – non pas un billion de particules, mais plusieurs milliards. Un autre défaut était que ni le patient ni ses proches n'étaient informés de la mort du singe lors de tests similaires, et personne ne savait quelle décision ils auraient prise s'ils avaient eu connaissance de l'incident.
La tragédie qui est arrivée à Gelsinger n'est pas la dernière. Bientôt, une tentative a été faite pour éliminer une autre pathologie à l'aide de la thérapie génique - le déficit immunitaire combiné sévère XI (SCID-X1). 20 enfants ont participé aux tests ; Cinq d’entre eux ont développé une leucémie et un enfant est décédé. Et encore une fois, le système de transmission était à blâmer, bien que dans ce cas, un vecteur différent ait été utilisé : un rétrovirus qui insère des gènes cibles directement dans l'ADN cellulaire. Leur emplacement exact dans le génome varie légèrement et parfois ils sont activés à proximité d'un oncogène, conduisant au cancer dans certaines conditions.
Revisiter la technologie
Les conséquences tragiques de l’utilisation de rétro- et adénovirus comme vecteurs nous ont obligés à nous tourner vers d’autres vecteurs. En conséquence, deux virus ont été sélectionnés.
Le premier d’entre eux, le virus adéno-associé (AAV), ne provoque aucune infection chez l’homme. La plupart d’entre nous en deviennent porteurs à un moment ou à un autre de notre vie, et c’est pour cette raison qu’il est peu probable que le système immunitaire réagisse à ce virus lorsqu’il agit comme vecteur. L'AAV possède une autre caractéristique qui permet de minimiser le risque d'effets secondaires : il existe en de nombreuses variétés (sérotypes), chacune préférant infecter les cellules de « son » organe ou tissu. Ainsi, pour AAV2, ce sont les yeux, pour AAV8 - le foie, pour AAV9 - le muscle cardiaque et le cerveau. Il est possible de sélectionner la variante virale optimale pour la partie du corps cible et de minimiser la réponse immunitaire et d’autres effets indésirables. De plus, AAVue intègre son matériel génétique dans le génome de la cellule hôte et ne peut donc pas provoquer de cancer en activant des oncogènes de manière aléatoire.
Le virus adéno-associé a été testé pour la première fois pour sa capacité à délivrer du matériel génétique aux tissus souhaités en 1996. Des tests ont été menés sur des volontaires souffrant de mucoviscidose. Depuis, 11 sérotypes de ce virus ont été identifiés et des centaines de vecteurs sûrs et sélectifs ont été construits à partir de leurs composants. Actuellement, des porteurs basés sur les virus AAV sont testés pour une utilisation en thérapie génique dans des pathologies telles que les maladies de Parkinson et d'Alzheimer, ainsi que l'hémophilie, dystrophie musculaire, insuffisance cardiaque et cécité.
Étonnamment, le deuxième virus est une version affaiblie du virus de l’immunodéficience humaine, l’agent causal du SIDA. Oublions un instant sa mauvaise réputation et concentrons-nous sur ses avantages en tant que vecteur. Le VIH fait partie du genre Lentivirus de la famille des rtrovirus. Il affecte les cellules du système immunitaire et – ce qui est très important – n’active pas les oncogènes.
Si nous supprimons les gènes responsables de l’effet mortel du VIH, nous obtiendrons un excellent vecteur doté d’un large éventail de capacités. C'est ce que déclare Stuart Naylor, ancien directeur scientifique de la société anglaise Oxford Biomedica. Contrairement aux AAV plus petits, le VIH « neutralisé » permet de transférer plusieurs gènes à la fois. Il est non toxique et ne provoque pas de réaction immunitaire. Les lentivirus, privés de la capacité de provoquer une infection, sont testés pour la possibilité de les utiliser pour éliminer diverses pathologies, notamment l'adénoleucodystrophie. Aujourd’hui, plusieurs garçons atteints de ce diagnostic ont pu retourner à l’école grâce à la thérapie génique.
Parallèlement aux essais cliniques utilisant l'AAVn du VIH, des travaux sont en cours pour modifier les vecteurs viraux plus anciens afin qu'ils puissent être utilisés dans certaines circonstances. Ainsi, les rétrovirus (à l'exception du VIH) sont génétiquement modifiés pour ne pas provoquer de leucémie.
Même l’adénovirus, dont l’utilisation a entraîné la mort de Gelsinger, n’a pas été totalement rejeté. Il est désormais injecté uniquement dans les parties du corps où il est peu probable qu’il provoque une réaction immunitaire. L'une de ses applications possibles est la thérapie génique pour la xérotomie (bouche sèche) chez les patients qui ont été exposés à des radiations pour un cancer de la tête et du cou. dans lequel les glandes salivaires sont endommagées.
Les National Institutes of Health mènent un essai clinique (impliquant un petit nombre de volontaires) d'une approche basée sur l'introduction dans les cellules correspondantes de gènes qui interviennent dans la formation de canaux pour le passage de l'eau dans les glandes salivaires. Puisque ces derniers sont de petite taille et plus ou moins isolés, et que la dose du virus est 1 mille fois moins que ça, que Gelsinger a reçu une fois, la probabilité d'une réaction immunitaire trop forte est minimisée. Selon les développeurs, les particules virales qui n'atteignent pas les cellules cibles devraient être détruites dans la salive, recrachées avec elle ou avalées, ce qui réduit encore une fois le risque de développer une réaction immunitaire. Depuis 2006, cette méthode a considérablement amélioré l'état de 11 patients.
De nouvelles cibles
Inspirés par ce succès, les généticiens médicaux ont élargi la portée de la thérapie génique et ont tenté de l'utiliser pour éliminer les anomalies génétiques non héréditaires.
Ainsi, l'Université de Pennsylvanie utilise déjà cette approche dans la lutte contre l'un des cancers les plus courants chez les enfants : la leucémie lymphoblastique aiguë (LAL). Pour environ 20 % des enfants présentant ce diagnostic, la chimiothérapie traditionnelle n’aide pas.
Dans de tels cas, la thérapie génique est particulièrement complexe et repose sur l’utilisation de récepteurs antigéniques chimériques (CAR). Comme les chimères de la mythologie grecque antique, constituées de parties du corps de différents animaux, ces récepteurs sont un complexe de deux composants du système immunitaire qui ne se trouvent normalement pas dans le corps. Les lymphocytes T auxquels ils sont attachés acquièrent la capacité de rechercher des protéines spécifiques contenues dans les cellules leucémiques. plus que dans les cellules normales et détruisent les cellules anormales. Les premiers sujets étaient des patients adultes atteints leucémie chronique: Les résultats obtenus ont été encourageants. Les résultats des essais sur des enfants malades ont dépassé toutes les attentes.
Lorsqu'Emily Whitehead a reçu un diagnostic de leucémie en mai 2010, elle avait neuf ans. Deux cures de chimiothérapie n’ont donné aucun résultat. Au printemps 2012, ils ont organisé un troisième traitement, qui aurait pu tuer un adulte, mais la jeune fille a survécu, même si elle a développé des problèmes aux reins, au foie et à la rate. Selon le médecin traitant Bruce Levine. "Emily était sur le point de mourir."
Ensuite, ils lui ont prélevé du sang, isolé des lymphocytes T et leur ont injecté du lentivirus. dans le génome duquel les gènes cibles étaient auparavant inclus. Après avoir réinjecté les cellules T chimériques dans le corps de la patiente, son état a commencé à s'améliorer rapidement. Après trois semaines, 25 % des cellules T de sa moelle osseuse ont été génétiquement modifiées et ont commencé à chasser les cellules cancéreuses. « En avril, la jeune fille est devenue complètement chauve. ", se souvient Levin, "et en août, il avait retrouvé son aspect antérieur et était prêt pour l'école".
Il est peu probable que les cellules T modifiées fonctionnent pour le reste de sa vie, mais la procédure peut toujours être répétée. En attendant, cette jolie fille aux cheveux bruns épais est exempte de cellules cancéreuses. À l'automne 2013, plusieurs groupes à la fois généticiens médicaux ont rapporté avoir utilisé la technique CAR pour traiter 120 patients atteints de la même forme de leucémie que celle d'Emily Whitehead, ainsi que d'autres formes. Cinq adultes et 19 des 22 enfants sont entrés en rémission.
Perspectives
Les chercheurs en thérapie génique sont désormais confrontés à un autre défi : ils doivent obtenir l’approbation de la Food and Drug Administration (FDA) pour utiliser leur système vectoriel plus sûr que jamais en clinique. Il est nécessaire d'organiser des essais cliniques de phase III impliquant grand groupe bénévoles. Cela prend généralement entre un et cinq ans. Fin 2013, environ 5 % des 2 000 essais avaient atteint cette phase. Les créateurs de la méthode de traitement par thérapie génique pour les patients atteints de la maladie de Leber (perte de vision bilatérale provoquée par une mutation de l'ADN mitochondrial) ont progressé plus loin que les autres : cette pathologie Haas, huit ans, en était atteint). Plusieurs dizaines de patients ont déjà réussi à retrouver la vue grâce à la thérapie génique.
