Jednou dole, jednou nahoře
Poprvé provedl genovou terapii v roce 1990 americký lékař William French Anderson. Pomohl čtyřleté dívce, která v důsledku mutace genu pro adenosin deaminázu trpěla vážnou poruchou imunity. V té době se zdálo, že se genová terapie velmi rychle vyřeší problémy s léčbou mnoha dědičných chorob. Následovalo ale velké rozčarování, které vyvrcholilo v USA v roce 1999 úmrtím dobrovolníka Jesseho Gelsingera při klinických zkouškách adenovirů upravených metodami genového inženýrství pro potřeby genové terapie.
V roce 2000 se blýsklo na lepší časy. Tým francouzských lékařů pod vedením Alaina Fischera pomocí geneticky upravených retrovirů nahradil 14 chlapcům defektní gen zodpovědný za dědičnou insuficienci vázanou na pohlavní chromozom X. Chlapci, které zná veřejnost jako „bublinové děti“, vykazovali po léčbě výraznou regeneraci jinak nefunkčního imunitního systému. Bohužel jen o rok později Fischer oznámil, že u některých pacientů došlo zároveň s léčbou také k nežádoucí aktivaci genu regulujícího tvorbu leukocytů a že u těchto dětí propukla leukemie. Genová terapie upadla po krátkém oživení do další krize. Nikdo nepochyboval o tom, že genová terapie představuje do budoucna obrovský příslib. Zároveň ale byla jasná i značná míra skepse. Odborníci se shodovali, že počátkem 90. let převládl přehnaný optimismus a lékaři slibovali více, než mohla tato metoda reálně v dohledné době přinést. Když se přehnané naděje vkládané do genové terapie nenaplnily, zavládlo zklamání.
S geny proti nádorům
Za necelé čtvrtstoletí své existence rozšířila genová terapie významně své „portfolio“. Začalo se s ní počítat například i při léčbě nádorových onemocnění. Rozsah těchto klinických testů záhy předčil testy genové terapie zacílené na dědičné choroby.
Zpočátku byly přímo do nádorů vnášeny geny, které jsou lidskému organismu cizí a jejichž produkty konvertují relativně neškodné látky na cytotoxické sloučeniny. Příkladem je vnášení genu pro herpes simplex virus thymidinkinázu (HSV TK) do různých typů nádorů, po kterém je pacientům podáván ganciklovir. Thymidinkináza produkovaná podle virového genu HSV TK fosforyluje ganciklovir a ten pak v trifosforylované formě působí jako analog purinů schopný blokovat DNA polymerázu. Inhibice DNA polymerázy nastává jen v nádorových buňkách a je pro ně smrtící.
V poslední době se podařilo využít genovou terapii pro léčbu chronické lymfocytární leukemie a akutní lymfoblastické leukemie. Při tomto postupu jsou pacientovi odebrány T-lymfocyty a pomocí geneticky upravených virů je do nich vpraven gen pro chimérický antigenový receptor. Podle genu se vytváří v T-lymfocytech bílkovina, která se objeví na povrchu buňky a je s to se navázat na specifické bílkoviny nádorových B-lymfocytů. Po infuzi modifikovaných T-lymfocytů pacientovi tyto buňky atakují nádorové B-lymfocyty a ničí je. V prvních klinických studiích reagovala na tuto léčbu bezmála polovina z 32 dospělých pacientů s chronickou lymfocytární leukemií. Z pacientů s akutní lymfoblastickou leukemií reagovalo na tuto léčbu všech 5 léčených dospělých a 19 z 22 dětských pacientů.
Role u degenerativních chorob
Významný pokrok učinila genová terapie v léčbě dědičných degenerativních onemocnění oční sítnice. Výrazná zlepšení ostrosti zraku byla zaznamenána po genové terapii u pacientů s Leberovou kongenitální amaurózou. Nedávno byl publikován úspěšný postup léčby choroideremie, kdy byl funkční gen CHM prostřednictvím modifikovaného adenoasociovaného adenoviru vnesen do oka 6 pacientům a u 5 došlo k výraznému zvýšení ostrosti zraku.
Byly provedeny klinické studie, jež cílily na neurodegenerativní onemocnění. Pacientům s Alzheimerovou chorobou byl do nervové tkáně mozku vnášen gen pro nervový růstový faktor. Povzbudivé výsledky přinesly i klinické studie zaměřené na léčbu Parkinsonovy choroby.
Také kardiovaskulární onemocnění bude zřejmě možné léčit genovou terapií. Povzbudivé výsledky přinesly experimenty, při kterých byl přímo do myokardu vnášen gen pro vaskulární endoteliální růstový faktor. Pod účinky růstového faktoru produkovaného podle vneseného genu se v srdci formují nové cévy. Díky tomu se zlepšuje prokrvení a okysličení myokardu.
Cílené zásahy do genomu
Dosavadní metody genové terapie nenabízely kontrolu nad místem inkorporace léčebného genu do genomu. Nesly s sebou proto větší či menší riziko inzerčních mutací nebo narušení regulace jiných genů. V současné době jsme svědky prudkého rozvoje technik, které dovolují nejen vnesení vybrané genetické sekvence na přesně určené místo genomu, ale i přímou korekci mutací.
Nejstarší z těchto metod využívá konjugátů enzymů nukleáz s proteiny označovanými jako „zinkové prsty“ (zkráceně jsou označovány jako ZFN - zinc finger nuclease). Zinkové prsty jsou řetězce tvořené zhruba třiceti aminokyselinami, jimž dodává potřebnou „prstovitou“ prostorovou konfiguraci iont zinku. Tyto motivy jsou běžně součástí transkripčních faktorů a dalších bílkovin schopných vazby na dvojitou šroubovici DNA. Jeden zinkový prst se váže na konkrétní kombinaci tří nukleotidů. Pokud se podaří spřáhnout tři nebo čtyři zinkové prsty, dosednou na místo DNA s vybranou kombinací devíti či dvanácti nukleotidů a ta bývá v genomu jen jedna. Zinkové prsty proto dosednou na toto místo DNA a k nim připojená nukleáza v přesně vybraném místě vlákno DNA přeruší. Tak lze „stříhat“ DNA specificky na zvoleném místě. Nitrobuněčné mechanismy poškozené místo reparují a přitom jsou do něj s to zabudovat léčebnou sekvenci DNA. Inkorporace genu tak proběhne jen ve vybraném místě genomu.
V posledních několika letech byly ZFN nahrazeny systémy, které je překonávají specificitou a jejichž vysoká účinnost se snoubí s elegantní jednoduchostí. Patří k nim systém označovaný jako TALEN. Ten využívá proteinů odvozených od bílkovin, jimiž fytopatogenní bakterie rodu Xanthomonas manipulují genom hostitelských rostlin. Uměle lze připravit bílkoviny, které se specificky vážou na zcela konkrétní sekvence DNA člověka a dokážou tam zacílit akci na ně napojené nukleázy. Když nukleáza ve vybraném místě přeruší vlákno DNA, následují stejné procesy, jaké jsou využity při technice zinkových prstů.
Revoluční novinka CRISPR-Cas
Zásadní revoluci přináší do cílených zásahů v genomu systém CRISPR-Cas. Ten se inspiroval systémem, kterým ničí bakterie dědičnou informaci bakteriofágů. Pro přerušení dvojité šroubovice DNA používá bakteriální nukleázu Cas. Pro zacílení nukleázy na vybrané místo v genomu využívá krátkých řetězců RNA, jež jsou komplementární k cílové sekvenci DNA. To má celou řadu výhod. Syntéza krátkých šroubovic RNA je neskonale jednodušší a levnější než syntéza bílkovinných molekul pro TALEN nebo ZFN. Řetězce RNA dosedají na cílovou sekvenci ještě specifičtější než TALEN a jejich nukleáza štípe dvojitou šroubovici DNA s ještě vyšší účinností. Systémy jako ZFN, TALEN nebo CRISPR-Cas dovolují nejen záměnu poškozené sekvence v genomu za sekvenci neporušenou, ale také navození mutace v přesně zvoleném místě genomu. I když máme mutace spojené především se vznikem nejrůznějších chorob, mohou cíleně navozené defekty DNA léčit. Velké naděje vkládají lékaři například do cílené mutace genu CCR5 v lymfocytech. Přes receptor kódovaný tímto genem se váže na lymfocyty virus HIV1. Homozygotní nositelé mutace genu CCR5 jsou proto vůči tomuto viru odolní. Z testů provedených in vitro je jasné, že systémy ZFN, TALEN či CRISPR-Cas dokážou cíleně narušit gen CCR5 v buňkách kostní dřeně HIV-pozitivních lidí a zajistit jim tak produkci lymfocytů, na něž virus HIV1 nepůsobí.
Povolené genové terapie
Jako úplně první byla už v roce 2003 schválena v Číně genová terapie Gendicine určená pro léčbu karcinomů hlavy a krku. V současnosti jsou jako standardní léčba povoleny v Číně dva typy genové terapie zaměřené na léčbu karcinomů. V Rusku je povolena genová terapie pro pacienty trpící ischemickou chorobou končetin. V Evropské unii byla v roce 2012 povolena genová terapie označovaná jako Glybera pro pacienty trpící dědičnou deficiencí lipoprotein lipázy. Tato genová terapie vnáší do dědičné informace pacientů sužovaných opakovanými těžkými záněty slinivky plně funkční gen pomocí adenoasociovaného viru upraveného metodami genového inženýrství.
V americké kolébce genové terapie se počítá se schválením Glybery v roce 2017. Tamější biotechnologické firmy mají ale ve schvalovacím procesu u Úřadu pro kontrolu léků a potravin (FDA) hned několik genových terapií. S velkou netrpělivostí se čeká na genovou terapii firmy UniQure zacílenou na hemofilii, protože toto onemocnění se vyskytuje podstatně častěji než deficience lipoprotein lipázy.