اصول و مبانی ژن درمانی

● ژن درمانی سلول جنسی
در این روش ژن درمانی، افزایش، تغییر یا جایگزینی یك ژن غیرطبیعی به نحوی است كه سلول های تولیدكننده گامت ها را نیز تغییر می دهد. جایگزینی یك ژن غیرطبیعی در سلول تخم یا انتقال یك ژن درمانگر به فردی مبتلا به گونه ای كه اجازه وارد شدن در گامت ها را بیابد، مثال هایی از این نوع هستند. با وارد سازی ژن ها به درون سلول های ژرمینال (یا تخمك های لقاح یافته)، اطلاعات ژنتیكی می تواند به نسل های آینده انتقال یابد. زیرا، تنها در این شیوه است كه ژن ها هم در سلول های سوماتیكی و نیز زایشی توزیع شده و به نسل های بعد انتقال می یابند. برای تایید ژن درمانی سلول جنسی رعایت كامل حداقل سه معیار زیر كاملاً ضروری است:
۱ ) قبلاً بایستی تجربیات قابل توجه و معنی داری با ژن درمانی سلول سوماتیك به عمل آید كه به روشنی اثر بخشی، كارایی و بی خطری آن را به اثبات برساند.
۲ ) روی الگوهای مناسب جانوری مطالعات كافی صورت گرفته باشد تا قابلیت تولید مثلی، اعتماد و بی خطر بودن ژن درمانی سلول جنسی را با استفاده از همان ناقلین و روش ها به اثبات برساند.
۳ ) باید جامعه و مردم درك درست و كاملی از اینگونه درمان داشته باشند و عالمانه و مسئولانه آن را مورد تایید قرار دهند.
پیشرفت های شگرف حاصله در زیست شناسی مولكولی به ویژه در روش ها و فنون مهندسی ژنتیك و بیوتكنولوژی مولكولی در سه دهه اخیر برای نخستین بار این امكان را فراهم آورده است كه بسیاری از بیماری ها به ویژه نواقص ژنتیكی اصلاح شدند. شاخه مهم ژن درمانی نیز با به كارگیری طیف وسیعی از فناوری ها به طور پیوسته از رشدی شگرف برخوردار بوده و چند سالی است كه به شكلی جدی از قلمرو نظری، وارد میدان عملی و بالینی شده است.
به لحاظ تاریخی در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ دستیابی دانشمندان به روش ها و فنون جدید، امكان ایجاد تغییرات طراحی شده ژنتیكی را برای شكل تازه ای از درمان بسیاری از بیماری ها در انسان مهیا ساخت. بنابراین، از نقطه نظر تاریخی، زمان آغاز ایده ژن درمانی به چند سال پیش از تولد دانش و فن مهندسی ژنتیك بازمی گردد.
هر چند كه ظهور مهندسی ژنتیك، نقشی تعیین كننده در روش های ژن درمانی داشته است. در سال ،۱۹۷۲ انتقال موثر ژن توسط ناقلین رتروویروسی (Retroviruses) مبتنی بر اهداف درمانی ترسیم شد و از آن زمان پیشرفت ها فوق العاده بوده، به نحوی كه هم اینك استفاده از ژن های سالم بیگانه یا درمانگر در سلول های معیوب انسان، به عنوان روش جدی از ژن درمانی در حال انجام است. ژن درمانی یا درمان ژنتیكی با اصلاح ژن، روش نوینی در مبارزه با بیماری های ژنتیكی و ارثی است كه به لحاظ بالینی اولین آزمایش آن با مجوز قانونی روی دختر بچه ای به نام آشانتــــــی دسیلــــــــوا (Ashanti Desilva)، كه هنوز چهار سال تمام نداشت و مبتلا به نقص آنزیمی ارثی بود، در ۱۴ سپتامبر سال ۱۹۹۰ با موفقیت انجام شد.
این دختر هم اكنون بدون نقصی جدی در آمریكا زندگی می كند. كودك مبتلا دچار كمبود آنزیم آدنوزین دآمیناز (Adenosine deaminase=ADA) بود كه برای عملكرد صحیح سیستم ایمنی لازم است. ژن سالم مربوط به این آنزیم به لنفوسیت های او انتقال یافت. لنفوسیت ها بیشتر از دیگر سلول ها مورد هدف این بیماری قرار می گیرند. در آزمایش بالا، پژوهشگران به كودك مورد اشاره حدود یك میلیارد از گویچه های سفید خون خودش را وارد كردند.
البته در گویچه های سفید خود پیش از ورود به بدن بیمار، قطعاتـی از نسخه های ژن واجد اطلاعات مربوط به آنزیم ADA را قرار دادند كه قادر به سنتز این آنزیم بود. دختر بچه، خود قادر به تولید این آنزیم نبود، در نتیجه، از بیماری كمبود ایمنی شدید (Sever Combined Immunodeficiency disease=SCID) كه به طور معمول كشنده است، رنج می برد و مستعد ابتلا به عفونت ها شده بود. آنزیم ADA را همچنین می توان از راه درون سیاهرگی وارد بدن كرد، اگرچه تقریباً بلافاصله توسط بدن تجزیه و تخریب می شود.
درمان آشانتی در انستیتو ملی بهداشت آمریكا (NIH) و توسط گروهی مشتمل بر مایكل بلیـــــــــز كالور و اندرسون انجام شد. گویچه های سفید سیستم ایمنی از بدن او خارج شد و با وارد كردن نسخه های طبیعی از ژن مورد نظر، سلول های تیمار شده به جریان خون بازگردانده شد. آشانتی پس از چهار انفوزیون در خلال چهار ماه بهبود یافت. ژن درمانی به جای برخورد معمولی، برخورد نسبتاً اساسی با بیمار و بیماری می كند و به جای تمركز روی علائم بیماری یا حوادث ثانوی دخیل در مراحل بیماریزایی، به طور مستقیم روی ژن جهش یافته متمركز شده و به طور مثال آن را با ژن طبیعی جایگزین می نماید. طبیعتاً، شیوه معمول در معالجه بیماری های ژنتیكی كه بر اصلاح نشانه های بیماری (درمان علامتی) یا نواقص ثانویه بیوشیمیایی توسط آنزیم درمانی، هورمون درمانی و مانند آن استوار است، نمی تواند یك روش اساسی درمان به حساب آید.
پیش از هر اقدامی برای ژن درمانی، مجموعه ای از عملیات های دقیق و ظریف باید صورت گیرد تا زمینه مناسب برای انجام موفقیت آمیز آن را فراهم آورد. هرچند كه بسته به نوع ژن و سلول هدف و مانند آن كمابیش تفاوت ها و محدودیت هایی وجود دارد. اما به طور كلی موارد زیر از جمله مهمترین این اقدامات به حساب می آیند:
الف ) استخراج ژن یا ژن های مناسب و مورد نظر در بردارنده ردیف تنظیمی شناخته شده و معین.
ب ) تهیه و جمع آوری سلول های هدف مناسب و صلاحیت دار.
ج ابداع و آماده سازی ناقلین با كفایت و مطمئن جهت انتقال ژن یا DNA درمانگر به طور صحیح به سلول هدف.
د ) دردسترس داشتن شواهد قوی و اطمینان بخش از تجارب حیوانی مبنی براینكه ژن انتقال یافته در سلول یا جمعیت سلولی هدف بتواند با بازدهی كافی بیان شود.
هـ ) جمعیت سلولی هدف نیز باید به طور منطقی عمر طولانی داشته باشد.
و ) از پیش باید معلوم شود كه ژن بیگانه آثار كشندگی در سلول (سلول های) هدف نداشته باشد.
ژن درمانی به طور عمده، انتقال مواد ژنتیكی به درون سلول های یك موجود برای مقاصد درمانی است. این امر كه به روش های مختلف و متنوع صورت می گیرد، بر انتقال ژن سالم به درون سلول یا بر اصلاح ژن معیوب توسط رفع نقص و تغییر ژنوتیپ آن یا مهار كردن بیان ژن معیوب، استوار است. برای انتقال ژن درمانگر به سلول هدف، روش های مختلف فیزیكی، شیمیایی و زیستی وجـــــود داد. به علاوه، فنون جدید و تكمیلی نیز به طور مستمر ابداع می شود. هریك از این روش ها، مزایا و معایب و در مجموع كارایی مربوط به خود را دارد.
ژن درمانگر به طور كلی به دو صورت مستقیم (in vivo) یا غیرمستقیم (in vitro) به درون سلول های مناسب انتقال می یابد. در روش غیرمستقیم، ابتدا در محیط آزمایشگاه دستكاری های مناسب صـورت می گیرد و سلول های حاصله سپس به مكان های فیزیولوژیكی مربوط در موجود زنده، پیوند می خورد. انتقال نسخه سالم ژن به درون سلول های بیمار كه به درمان خارج از موجود زنده (ex.vivo) معروف است- مانند روشی كه در مورد آشانتی دسیلوا به كار رفت - به منظور جبران اثر ژن معیوب یا واردسازی ژنی كه به دلخواه مورد تغییر قرار گفته است به درون سلول هدف جهت اعطای ویژگی جدید به سلول از جمله مهمترین روش های ژن درمانی به حساب می آیند.
ادغام ژن های درمانگر به درون كروموزوم های بیمار، البته رخدادی همیشه الزامی نیست، از این رو چنانچه بتواند باقی مانده و با بیان - نسبتاً پایدار- خود، سطوح درمانی پروتئین مورد نظر را تولید كند، مفید خواهد بود. ورود ژن های درمانگر به درون ژنوم، ممكن است بتواند نقص ژنتیكی را دست كم به سه روش اصلاح كند: فرود تصادفی نسخه ژن طبیعی به سلول هدف، فرود اختصاصی (هدف گیری شده) یا تركیبی از هر دو. برای نمونه با وارد كردن اختصاصی ژن درمانگر، ژن معیوب را می توان اصلاح كرد، با ژن سالم جایگزین كرد یا اینكه با تعدیل عناصر تنظیمی آن سرانجام آن را به حالت طبیعی برگرداند.
شایان ذكر است هم درمان خارج از موجود زنده و هم درمان درجا (In Situ)، دارای مشكل مشتركی هستند، به این شكل كه ژن های وارد شده به درون سلول ها قادر است به نحو تصادفی در DNAی كروموزوم ها ادغام شود، این ادغام درحالی كه می تواند بی ضرر باشد، اما در برخی مــــوارد (نقض غرض شده ) و می تواند نتایج وخیمی - از جمله ایجاد اختلال در عمل طبیعی ژن های بازدارنده تومور و در نتیجه ایجاد سرطان - در پی داشته باشد. پیش بینی می شود، در سال های آینده برای این مشكلات نیز راه حل های اساسی پیدا شود. دستكاری های ژنتیكی می تواند در سلول جسمی یا سوماتیك، سلول جنسی و موارد دیگر انجام یابد.● ژن درمانی سلول جسمی
این نوع از ژن درمانی، به لحاظ نظری، همه سلول ها، به استثنای سلول های جنسی را شامل می شود و طبیعتاً به نسل های بعد انتقال نمی یابد. این شیوه، به رغم مشكلات متعدد، در زمینه بیماری های ارثی تك ژنی، تاكنــون موفقیت های قابل توجهی در برداشته است و پیش بینی می شود كه بسیاری از محدودیت های فعلی آن در چند سال آینده مرتفع خواهد شد. این روش، بسته به نوع ژن و الگوی توارثی بر تغییر و تصحیح ژن غیرطبیعی با روش جهش زایی هدفدار در مكان خاص (Correction therapy) و جایگزینی یك ژن غیرطبیعی با همتای طبیعـــــــی آن (replacement therapy)جهت درمان فرد مبتلا استوار است.
ژن درمانگر گسیل شده به سلول هدف می تواند به راه های مختلف - مانند جبران عملكرد ژن جهش یافته، تكمیل عملكرد ناقص ژن جهش یافته، یا ایجاد اختلال در بیان ژن جهش یافته- ایفای نقش كند. اصلاح ناهنجاری توسط دستكاری در سلول سوماتیك، در عمل تنها برخی از سلول ها به ویژه آنهایی را كه نقص ژنی به طور عمده در آنها مشهود است (مانند گلبول های قرمز برای كم خونی داسی شكل یا سلول های كبدی برای فنیل كیتونوری) مورد دستكاری و تغییر قرار می دهد. بنابراین، در این شیوه تنها یك سلول یا گروهی از سلول ها در یك فرد یا ارگانیسم منفرد مورد دستكاری قرار گرفته و هر تغییری در ژنوتیپ، در سلول یا جمعیت سلولـی ویژه ای در فرد گیرنده مشاهده می شود.
استفاده از این شیوه درمان برای فرد بیماری كه از یك اختلال ژنتیكی جدی رنج می برد به شرط ارزیابی دقیق خطرات بالقوه ای كه احتمالاً او را تهدید می كند و استفاده دقیق و صحیح از معیارهای علمی حاكم بر هر كار تجربی پزشكی جدید، از نظر اخلاقی و حقوقی مورد قبول است. زیرا این روش اساساً همان پیوند اندام است و با اعمالی مانند پیوند قلب و مغز استخوان تفاوت - ماهیتی- ندارد. در واقع، پیوند سلول ها، بافت ها و اندام ها به عنوان شكلی از ژن درمانی به حساب می آیند، زیرا سلول هایی كه از فرد دهنده به فرد گیرنده (مبتلا) داده می شود، براساس ژنوم دهنده، در فرد گیرنده به طور طبیعی به كار خود ادامه می دهند.
مراحل كلی و معمول این روش - برای برخی از سلول ها- بر برداشت سلول ها از بدن فرد مبتلا، رشد و دستكاری ژنی آنها در محیط و شرایط مناسب inتvitro قرار دادن دوباره سلول های دستكاری شده در بافت اولیه فرد مبتلا استوار است. چنانچه انتظار می رود بافت ها و سلول های مختلف، برای ژن درمانی محدودیت ها و مزایای متفاوتی دارند.
به طور نمونه سلول های مغز استخوان و پوست كه به خوبی در محیط كشت ابقا می شوند، از مناسب ترین سلول ها به شمار می روند. البته روی سلول های مغز استخوان به دلیل آنكه شامل جمعیت سلولی نامتجانسی هستند و اكثر آنها مسئولیت دارند كه به دنبال فرآیند تمایز، موجب پیدایش سلول های اریتروسیت، لنفوسیت و مانند آن شوند، به مراتب مطالعات بیشتری صورت گرفته است. كمتر از یك درصد سلول های هسته دار مغز استخوان، سلول های اجدادی تمایز نیافته ای به نام سلول های پایه ای هستند كه به عنوان هدف اولیه برای مولكول DNA ی درمانگر به حساب می آیند و از آنجا كه تعداد این سلول ها اندك بوده و به آسانی قابل تشخیص نیستند، جهت وارد كردن ژن درمانگر، سیستمی با كارایی بالا مورد نیاز است.
● مخاطرات بالقوه ژن درمانی سلول جسمی
ژن درمانی سلول جسمی به رغم همه فوایدی كه دارد، متضمن خطرات بالقوه فراوانی نیز هست كه برخی مانند ایجاد سرطان، آسیب به دیگر ژن های موجود در سلول هدف و تغییر احتمالی سلول جنسی، دارای اهمیت عملی زیادی هستند. البته، شناسایی دقیق مشكلات و رفع آنها نیازمند آگاهی های سلولی و مولكولی ژرفتری از زیست شناسی انسان است كه انتظار می رود در پژوهش های آینده به دست آید. از این رو، ژن درمانی سلول سوماتیك نیز باید با رعایت تمام جنبه های ایمنی صورت پذیرد.
به طور مثال در كاربردهای این روش، با آنكه عملیات اجرایی به نحوی طراحی می شود كه از انتقال ژن معیوب به سلول های جنسی جلوگیری به عمل آید، اما درگیر شدن این سلول ها در اثر مسامحه كاری، غیرممكن نیست. چنین خطراتی البته به ژن درمانی محدود نمی شود و از جمله در پرتو درمانی و شیمی درمانی سرطان نیز چنین رخدادهایی امكان پذیر است.
ژن درمانی سلول جسمی با مشكلات متعددی مواجه است كه استفاده جاری از آن را محدود كرده است. این تنگنا ها به ویژه در انتقال ژن های غول پیكر مانند بیماری دیستروفی ماهیچه ای دوشن و نوروفیبر وماتوز بیشتر به چشم می خورد.
چگونگی انتقال ژن درمانگر به سلول های مناسب هدف، بازدهی ناقلی، نحوه انتخاب سلول ها و شرایطی كه باید دارا باشند و نیز ساختار پلی نوكلئوتیدی ژنوم هدف، ازجمله نكات بسیار مهمی است كه در فرآیند ژن درمانی و كارایی انتقال ژن از اهمیت خاصی برخوردار است. ژن درمانی نیازمند حضور و تامین شرایط خاص از سوی سلول های هدف است و از جمله لازم است كه سلول های صلاحیتدار در نظر گرفته شده و انتخاب شود.
بدین منظور در رایج ترین روش كنونـــــی ژن درمانی، ابتدا باید سلول های هدف را از بدن موجود جدا كرد و در محیط آزمایشگاه به كار گرفت. این سلول ها، بایستی ویژگی های متعددی داشته باشند، ازجمله:
۱ ) جداسازی آنها راحت باشد.
۲ ) به راحتی در محیط كشت قادر به رشد باشند، وضعیت تكثیر و همانندسازی سلول ها در زمان انتقال ژن درمانگر بسیار مهم
۳ ) نسبت به اثرات نامطلوب ناشی از دستكاری های ژنتیكی، پایداری نشان داده و دارای قدرت تحمل زیستی باشند.
۴ ) پس از دستكاری ژنتیكی، بتوان آنها را به راحتی به محیط طبیعی بدن، رجعت داد. ۵ - پس از بازگرداندن به محیط بدن، بتوانند برای ماه ها یا ترجیحاً تمام عمر موجود، به طور فعال به وظایف خود ادامه داده و عمری طولانی داشته باشند.
سلول هایی مانند فیبروبلاست ها و مغز استخوان در مجموع، به خوبی واجد شرایط بالا هستند درحالی كه سلول های عصبی مغز، فاقد این شرایط هستند. بیان یك ژن درمانگر معین، تا حدی به محلی كه در ژنوم میزبان وارد شده است نیز بستگی دارد. زیرا در اماكن مختلف ژنوم هم میزان بیان ژن، متفاوت است و هم اینكه در كلون های مختلف سلولی درجه پایداری بسیار متفاوتی را نشان می دهند. همچنین در برخی موارد، سلولی كه ژن به طور طبیعی در آن فعالیت می كند- مانند بیماری تالاسمی كه درمان توسط سلول های استخوان صورت می گیرد- می تواند به عنوان سلول هدفدار به كار رود.
نورون ها و دیگر سلول های هدف كه به طور طبیعی در افراد بالغ تقسیم نمی شدند، مشكل دیگری در انتقال ژن به حساب می آیند، زیرا برخی از ناقلین انتقال، تنها توسط سلول های در حال تقسیم برداشت می شود.

دكتر محمدرضا نوری دلویی
استاد ژنتیك پزشكی دانشگاه علوم پزشكی تهران و موسس پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیك و فناوری زیستی

منبع : روزنامه شرق