نویسنده:پروفسور باب ویلیامسون بخش ژنتیک پزشکی ، از دانشگاه ملبورن استرالیا
مترجم: دکتر طیبه حمزه لویی از بخش ژنتیک پزشکی موسسه تحقیقاتی نس فاندیشن، دانشگاه هایلند انگلستان
پیشرفت های جدید ژن درمانی برای بیماری فیبروز کیستی (CF ):
زمانی که ژن فیبروز کیستی توسط لپ چی سوی و همکارانش در سال 1989 مشخص شد همگان بر این باور بودند که به سادگی می توان نسخه سالم این ژن را به بیماران منتقل نمود و این بیماری را درمان کرد.
اما ما باید به این نکته توجه می کردیم که بدن درمقابل ژن های خارجی مقاومت نشان می دهد که این مکانیسم برای مقابله با ژن های باکتریایی و موجودات دیگری است که به بدن آسیب می رسانند.
اگرچه در ژن درمانی های انجام شده تا کنون از ژن های ویروسی و یا از چربی ها برای انتقال ژن سالم به بیماران فیبروز کیستی استفاده شده است ولی هنوز این روش کاملا موفقیت آمیز نبوده به طوری که طول عمر بیماران و کیفیت زندگی آنان در طی 20 سال گذشته تغییری نکرده است. من معتقدم که ژن درمانی در آینده می تواند روشی موثر برای درمان این بیماری باشد. اگرچه هر کسی که با صنعت دارویی آشنایی داشته باشد می داند که حدودا 20 سال طول می کشد تا یک ایده دارویی پروسه تحقیقاتی خود را طی کند و نهایتا وارد بازار شود. بنابر این در مورد درمان های جدید برای فیبروز کیستی نباید نا امید شد زیرا روش های جدید درمانی نیاز به زمان دارند. ایده های جدید نه تنها برای بیماران بلکه برای پزشکان و محققین نیز قابل توجه هستند و برای این که این ایده ها مراحل تحقیقاتی خود را طی کنند و وارد بازار شوند باید مواردی مانند دوز درمانی ، ثبات دارو در دماهای کم یا زیاد و در شرایط خشک و مرطوب و از همه مهم تر میزان دوز مناسبی که خطر زیادی برای بیمار نداشته باشد مورد بررسی قرار گیرند. طرح های جدیدی در مورد استفاده از ژن ها و همچنین استفاده از سلول های بنیادی برای درمان فیبروز کیستی در حال بررسی است و من معتقدم که در چند سال آینده این طرح ها عملی خواهند شد.
اولین فعالیت ها در ژن درمانی با استفاده از انکورتروویروس ها (ویروس های سرطانی در موش) و آدنوویروس ها (ویروس های سرماخوردگی در انسان) انجام گرفت. زمانی که از رتروویروس ها در بیماران مبتلا به نقص سیستم ایمنی استفاده شد آنان به سرطان مبتلا گردیدند ولی برای بیماران فیبروز کیستی دلایلی وجود داشت که رتروویروس ها نمی توانستند باعث سرطان شوند اما احتمال اینکه به توان بافت ریه را با این ویروس ها عفونی نمود بسیار کم بود. نتایج آزمایشات دو گروه از محققین در ایالات متحده که از آدنوویروس ها برای انتقال ژن فیبروز کیستی به سلول های مخاط ریه استفاده کردند موفقیت آمیز نبود و منجر به بروز مشکلاتی دیگر برای این بیماران گردید و در موارد افزایش دوز آدنوویروس ها، منجر به مرگ بیماران شد.
بطور کلی ویروس ها فقط می توانند مقدار کمی از ژن فیبروز کیستی را با خود حمل کرده و به داخل سلول ببرند که این مقدار توالی های کنترل کننده را در بر نمی گیرد و این همانند خودروی است که با سرعتی ثابت حرکت کرده و فاقد گاز یا ترمز باشد زیرا در واقع توالی های کنترل کننده ژن هستند که آن را هدایت می کنند. گروه تحقیقاتی دیگری در لندن ( بیمارستان برومپتون و بیمارستان مریم مقدس) ژن درمانی را با استفاده از روش غیر ویروسی یعنی استفاده از سلول های چربی انجام دادند که در این روش، ژن فیبروز کیستی توسط چربی ها به داخل مخاط بینی و سیستم تنفسی حمل می شود. اگرچه این روش به نظر ایمن می باشد ولی فعالیت ژن فیبروز کیستی که بتواند پس از انتقال، نمک و آب را به سطح راه های هوایی برساند بسیار کم و ناکافی بوده و مدت زمان زیادی فعال نمی باشد.
________________________________________________________________________
سعی مجدد برای ژن درمانی فیبروز کیستی پس از 10 سال.
پس از این آزمایش ها، پژوهشگران دیگر از کشورهای مختلف برای یافتن راه های جدید سعی کردند بر روی حیوانات و مدل های سلولی آزمایشاتی انجام دهند و هم اکنون پس از ده سال مجددا حرکتی در جهت ژن و سلول درمانی برای فیبروز کیستی در حال انجام می باشد.
آدنوویروس های جدید و کمک کننده های آدنوویروسی:
اولین آزمایش برروی آدنوویروس که جهت انتقال ژن فیبروز کیستی (CFTR ) به سلول های ریه انجام شد، موفقیت آمیز نبود. زیرا ژن های مربوط به خود ویروس هم بیان می شدند و باعث التهاب می گردیدند. برای حل این مشکل با استفاده از سلول های ویروس کمک کننده، آدنوویروس هایی ساخته شدند که ژن های ویروسی را نداشتند ولی می توانستند ژن فیبروز کیستی را منتقل نمایند. زمانی که از این حامل ژن، برای انتقال ژن فیبروز کیستی بر روی موش استفاده شد نتایج بدست آمده بسیار بهتر بوده و عوارضی مانند التهاب بینی و ریه کمتر بود همچنین ژن فیبروز کیستی برای مدت طولانی تری بیان گردید. برای قطعی شدن نتایج، لازم بود که همین آزمایش نیز بر روی انسان انجام می شد اگرچه وارد نمودن مقدار زیادی ویروس در همه قسمت های ریه کار آسانی نبود و امکان حساسیت نسبت به پوسته پروتئینی ویروس، وجود داشت که در چنین شرایطی فقط از یک دوز می توان استفاده کرد و امکان تکرار آن وجود ندارد.
یکی دیگر از ویروس هایی که در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند و بیماری زا بنظر نمی آیند، کمک کننده های آدنوویروسی (
(AVV می باشند. کمک کننده های آدنوویروسی، ویروس های کوچکی هستند که برای تکثیر خود نیاز به آدنوویروس ها داشته و به طور جالب توجهی می توانند ماده ژنتیکی (
(DNA خود را به کروموزوم شماره 19 انسانی وارد نمایند. اهمیت این نکته از آن جهت است که اگر ما بدانیم ژن فیبروز کیستی در کدام کروموزوم وارد می شود می توانیم از ورود این ژن به ژن های سرطانی جلوگیری نمود. ولی در عمل دیده شده است که بر خلاف تصور، وقتی ژن فیبروز کیستی را وارد ویروس
AVV می نماییم و سپس آن را به سلول انسانی منتقل می کنیم در جایگاه کروموزوم 19 قرار نمی گیرد.
________________________________________________________________________
سطح ایمنی بالا در موقع استفاده از ویروس های AVV پژوهشگران را تشویق می کند که از این نوع حامل برای انتقال ژن CF استفاده کنند.
زمانی که از ویروس AVV برروی 200 بیمار مبتلا به فیبروز کیستی استفاده شد این ویروس توانست به خوبی ژن را منتقل کند ولی برای مدت طولانی پروتئین سازی انجام نگرفت. به علاوه امکان استفاده از دوزهای بیشتر به دلیل تحریک سیستم ایمنی بیماران نسبت به پروتئین پوشاننده ویروس، وجود نداشت. اگرچه نتایج این آزمایش ها باعث ناامیدی و کندی در امر ژن درمانی می شد ولی نکته امیدوار کننده این بود که ویروس AVV ویروسی ایمن بوده ولی باید کفایت آن افزایش یابد تا در محل مناسبی از کروموزوم انسانی ملحق شود. برخی از ویروس های AVV جدیدتر که دارای پروتئین پوشاننده متفاوتی هستند (یا نوع سروتیپ) بهتر بتوانند ژن فیبروز کیستی را به ریه منتقل نماید.
روش های استفاده از لنتی ویروس ها:
یکی از لنتی ویروس های شناخته شده لنتی ویروسی است که عامل بیماری ایدز است (لنتی ویروس اچ آی وی، رتروویروس هم نامیده می شود ولی کاملا از انکورتروویروسی که قبلا بحث شد متفاوت است). در مجموع استفاده از هر ویروسی در ژن درمانی باید با احتیاط بیشتری انجام شود تا مطمئن شویم که خود ویروس عامل بیماری نباشد. تا به حال لنتی ویروس هایی که برای ژن درمانی در فیبروز کیستی مورد استفاده قرار گرفته اند نسبت به آدنوویروس ها و انکورتروویروس ها این مزیت را داشتند که با کفایت بیشتری می توانستند برروی سلول های ریه تاثیر گذارند (بسیاری از ویروس ها فقط برروی سلول های در حال تقسیم ریه، تاثیر گذار هستند وعمدتا سلول های ریه به کندی تقسیم می شوند). اگرچه اندازه لنتی ویروس ها بسیار کوچک بوده و نمی توانند تمام ژن فیبروز کیستی را با خود حمل کنند ولی بر بسیاری از ویروس های دیگر ارجحیت دارند. به علاوه آزمایش های انجام شده برروی سلول های CF نشان داده است که لنتی ویروس های حامل ژن CF ، توانسته اند نقص انتقال یون را در این سلول ها از بین ببرند ولی برای استفاده از این روش دربیماران فیبروز کیستی، باید ایمن و بی خطر بودن این گونه آزمایش ها محرز شود. برخی از پژوهشگران به جای استفاده از ویروس اچ آی وی انسانی به فکر استفاده از توالی هایی از لنتی ویروس های گربه و موش خرمای آمریکایی افتاده اند که کم خطر بودن این گونه لنتی ویروس ها مشخص نیست (ممکن است این لنتی ویروس ها برای انسان کشنده باشند زیرا تا به حال بدن انسان با آن ها مواجه نشده است و فاقد مکانیسم دفاعی در برابر آن ها است).
لیپوزوم ها برخلاف ویروس ها، نسبتا بی جان هستند و ایمنی بیشتری دارند.
انتقال ژن توسط حامل های غیر ویروسی:
لیپوزوم ها (لیپیدها) بسته ای از چربی های طبیعی قابل تخریب هستند که ژن را محصور نموده و آن را به داخل سلول منتقل می کنند. اولین بار در سال 1995 برای یک آزمایش بالینی در لندن مورد استفاده قرار گرفتند که نتایج این آزمایش نشان داد لیپوزوم ها بسیار ایمن بوده ولی کفایت لازم را ندارند. به دنبال این نتایج، اتحادیه شرکت های مربوط به فیبروز کیستی در انگلستان تصمیم گرفتند لیپوزوم های جدیدی بسازند که ژن فیبروز کیستی را با سرعت و ایمنی بیشتر به داخل سلول منتقل کنند زیرا لیپوزوم های معمولی فقط قادر بودند DNA کوچکی را در بر بگیرند در حالی که لیپیدهای جدیدتر کل ژن همراه با نواحی کنترل کنندگی آن را محصور کرده و به راحتی به داخل سلول انسان منتقل می کنند. به علاوه لیپوزوم ها بر خلاف ویروس ها، نسبتا بی جان هستند ، ایمنی بیشتری دارند و توانایی خود را پس از چند بار استفاده از دست نمی دهند. آزمایش های کلینیکی برای این نوع لیپوزوم ها در انگلستان در سال جاری در دست اقدام است.
ژن درمانی در دوران جنینی:
یکی از مشکلات مهم ژن درمانی، زمان انجام آن می باشد. مناسب ترین زمان برای درمان در زمان تولد و یا حتی قبل از تولد است یعنی پیش از آنکه بافت ریه مبتلا به عفونت شده و تخریب گردد. از آنجائی که مبتلایان به بیماری فیبروز کیستی امروزه به طور متوسط 50-40 سال و یا حتی بیشتر عمر می کنند، چنانچه درمانی برای آنان در کودکی انجام گیرد باید کاملا بی خطر باشد. در همین راستا، یک گروه پژوهشی در امپریال کالج لندن با استفاده از مدل های حیوانی نشان داده اند که می توان ژن درمانی را قبل از تولد (حدودا هشت ماهگی) انجام داد ولی عملا اثر آن را بعد از تولد مشاهده نمود اگرچه باید پیش از انجام دادن چنین آزمایشی در انسان از بی خطر بودن آن اطمینان حاصل کرد.
سلول های بنیادی:
امروزه هر کسی در هرکجای دنیا با نام سلول های بنیادی آشناست. برخی از دانشمندان و حتی بیماران، موافق استفاده از سلول های بنیادی جنینی نیستند و کمیته های اخلاق پزشکی نیز نظر آنان را تایید می کنند و این در حالی است که تعداد زیادی از پژوهشگران بر این باورند که برای درمان فیبروز کیستی باید از هرنوع روش طبیعی درمانی استفاده کرد. اگرچه در این مقاله نمی خواهم در مورد کمیته اخلاق پزشکی و استفاده از سلول های بنیادی جنینی بحث کنم ولی موضوع این است که چرا استفاده از سلول های بنیادی (انتقال هسته سلول های بدنی یا کلونینگ درمانی) برای فیبروز کیستی بسیار مهم است؟
بدن از ما از آمیزش سلول اسپرم و سلول تخم بوجود آمده است که یک سلول بنیادی را تشکیل می دهد. بعد از فرآیند لقاح، این سلول بنیادی بافت های مختلف بدن را بوجود آورده و جنین تکامل می یابد. تقریبا در همه بافت های بدن از جمله بافت ریه، تعداد زیادی سلول های بنیادی وجود دارند. اگرچه سلول های بنیادی که ما تا به حال شناخته ایم و در پزشکی کاربرد دارند، سلول های مغز استخوان می باشند که گویچه های سفید و قرمز خون از آن ها به وجود می آیند. در پیوند مغز اسنخوان (برای بیماران مبتلا به سرطان خون و در کم خونی داسی شکل) سلول های بنیادی از یک فردی که نسبت فامیلی دارد و یا دهنده ای که از نظر سیستم ایمنی با گیرنده مشکلی نداشته باشد گرفته شده و به بیمار منتقل می شود که باعث تولید سلول های خونی جدید در بیمار می گردد. امروزه از سلول های بنیادی برای سوختگی ها (به جای پیوند پوست) و در بیماری های چشمی استفاده می کنند (زیرا چشم ، برخلاف ریه و مغز استخوان سلول های خارجی را بدون مشکل می پذیرد).
جالب است که این سلول ها حتی اگر از فرد بیمار باشند، پس زده نمی شوند.
افراد مبتلا به بیماری فیبروز کیستی دارای نقص ژنتیکی در ژن CFTRبوده که این نقص در تمام سلول های بدنشان وجود دارد. بنابراین اگر سلول بنیادی ازاین افراد گرفته شود و در ریه آنان بکار رود، قابل استفاده نخواهد بود زیرا این سلول نیز دارای ژن معیوب CF است. ولی آیا این امکان وجود دارد که سلول بنیادی را پیش از پیوند زدن در آزمایشگاه بررسی کرده و جهش ژنتیکی آنرا مشخص و اصلاح نمود و سپس به ریه پیوند زد؟
این روش اگر اجرایی شود بسیار جالب خواهد بود زیرا سلول بنیادی از خود بیمار است و مشکل پس زدن پس از پیوند را، نخواهد داشت. در این راستا گروهی از پژوهشگران در سانفرانسیسکو و رم تلاش می کنند تا بتوانند سلول های بنیادی را پس از اصلاح جهش ژنتیکی به بیمار فیبروز کیستی پیوند بزنند. این روش عملا کاربرد بیشتری دارد زیرا زمانی که از سلول های بنیادی جنینی و یا از بانک سلولی استفاده می شود معمولا پیوند موفقیت آمیز نیست مگر اینکه همزمان از داروهای متوقف کننده سیستم ایمنی استفاده شود. اصلاح جهش ژن CF در سلول های بنیادی توسط پژوهشگران و باز گرداندن مجدد آن به بیمار، اتفاقی جدید و جالب توجه است. احتمالا آسان ترین روش بدست آوردن سلول های بنیادی از ریه برای این بیماران، استفاده از روش انتقال هسته سلول بدنی و یا کلونینگ درمانی است، که در این روش، ماده ژنتیکی (DNA ) از سلول پوست گرفته شده و در سلول تخمی که قبلا تمام ماده ژنتیکی آن تخلیه شده است جایگزین می گردد. این سلول بنیادی در واقع از یک فرد مبتلا به بیماری فیبروز کیستی گرفته شده که باید در آزمایشگاه کشت داده شود و نقص ژنتیکی آن برطرف گردد. ما اگرچه از قبل می دانستیم (بر اساس تحقیقاتی که در فرانسه و کارولینای جنوبی انجام شده است) که این نوع سلول قابلیت تبدیل به سلول های اپیتلیال ریوی را دارد ولی این روش در همه کشورها انجام نمی شود زیرا ابتدا باید کمیته اخلاق پزشکی آن را تایید نماید. در کشورهایی مانند ایالات متحده، انگلستان، اکثر کشورهای اروپایی و استرالیا استفاده از این روش، قانونی است. اگرچه مشخص شده سلول بنیادی که از فرد بیمار گرفته می شود جزو سلولهای بدنی وی می باشد و سلول جنینی نیست ( که از آمیزش بین اسپرم و سلول تخم بوجود آمده باشد)، ولی برخی افراد نیز با این روش موافق نیستند.
مایع آمنیوتیک و خون بند ناف دارای سلول های اولیه بنیادی هستند که به راحتی تکثیر شده و تولید سلول های اپیتلیال می نمایند.
سلول های بنیادی بالغ:
جنین بعد از سه ماهه دوم بارداری بیش از یک نوزاد، و نوزاد بیش از یک فرد بزرگسال دارای سلول های بنیادی است ولی اصطلاحا برای همه این سلول ها، سلول های بنیادی بالغ بکار گرفته می شود زیرا اصطلاح سلول بنیادی جنینی فقط مربوط به جنین در سه ماهه اول بارداری می باشد. جنینی که در سه ماهه اول بارداری است سلول های بنیادی زیادی داشته که این سلول ها قابلیت تبدیل به بسیاری از سلول های دیگر را دارند. یکی از منابع سلول های بنیادی جنینی که پژوهشگران به تازگی در حال تحقیق در مورد آن هستند، سلول های جفت، سلول های مایع آمنیوتیک و خون بند ناف می باشند. این سلول های بنیادی از نوع سلول های بنیادی اولیه بوده که قابلیت تبدیل به سلول های اپیتلیال را دارند که البته قبل ازپیوند به بیماران فیبروز کیستی باید اطمینان حاصل شود که این سلول ها پس زده نمی شوند.
اطلاعات زیادی در مورد سلول های بنیادی ریه در دسترس نیست زیرا این سلول ها به مقدار کافی از ریه جدا نشده اند به دلیل اینکه ریه بافتی کاملا ساخته شده است (و مانند مغز استخوان نیست که حاوی سلولهای جدا از یکدیگر باشد) بنابر این، امکان تفکیک سلول های بنیادی ریه از بدن نیست و استفاده از آنها در درمان، امکان پذیر نمی باشد. از آن جائی که ریه در مقابل هر سلول زنده ای که از راه تنفسی وارد شود بسیار حساس است ناگزیر باید انتقال از طرق دیگر مثل جریان خون انجام شود. اگرچه هنوز معلوم نیست که به توان در بیماران فیبروز کیستی انتقال سلول بنیادی را از طریق جریان خون انجام داد ولی این امیدواری وجود دارد که سلول های مغز استخوان و سلول های بنیادی جنینی را به توان به سلول های ریوی تبدیل نمود. اتفاق نظر عمومی بر این نکته وجود دارد که پیش از انجام هر آزمایشی برای بیماران فیبروز کیستی باید تحقیقات همه جانبه در این زمینه صورت گرفته تا از نظر ایمن وموثق بودن این روش درمانی اطمینان حاصل نمود.
ترکیبی از روش ها:
یکی از پیشرفته ترین روش های درمانی در امور پزشکی، معمولا استفاده از ترکیبی از روش های درمانی است. اکثر دانشمندان و حتی خود من در 20 سال گذشته فکر می کردیم که ژن درمانی می تواند درمانی قطعی برای بیماران فیبروز کیستی باشد و جایگزین دیگر روش های درمانی مانند استفاده از آنتی بیوتیک ها، فیزیوتراپی، تغذیه درمانی و سایر روش ها گردد. ولی امروزه بنده دیگر چنین تصوری ندارم زیرا ژن و سلول درمانی می تواند در کنار دیگر روش های درمانی موثر باشد. حتی اگر ژن و سلول درمانی مزایای بیشتری نسبت به بقیه روش ها داشته باشند ولی باید در نظر داشت که با بهبود کیفیت زندگی و افزوده شدن طول عمر بیماران به
60-50 سال، این روش ها به تنهایی نمی توانند مفید باشند.
مرجع:
علاقه مندانی که می خواهند اطلاعات بیشتری در مورد این مقاله بدست آورند می توانند به مقالات زیر مراجعه نمایند. اگرچه این مقالات برای پژوهشگران و پزشکان نوشته شده است ولی بر اساس تجربیات بنده این مقالات می توانند برای اکثر مبتلایان به فیبروز کیستی و خانواده های آنها مفید باشند.
Gene Therapy:
“Novel Molecular Approaches to CF Gene Therapy”, by Tim Lee, David Matthews and Eric Blair appeared in the Biochemical Journal, volume 387 (2005) 1-15. It covers all attempts at gene therapy, with particular emphasis on non-viral approaches.
“Gene Therapy Progress and Prospects: Cystic Fibrosis”, by U. Griesenbach, Duncan Geddes and Eric Alton appeared in Gene Therapy, volume 13 (2006) 1061-1067. This review is particularly strong at outlining the approach to non-viral gene delivery supported by the U.K. Cystic Fibrosis Trust.
“Viral Vector-Mediated and Cell-Based Therapies for Treatment of CF”, by Terence Flotte, Philip Ng, Doug Dylla, Paul McCray Jr, Guoshun Wang, Jay Kolls and Jim Hu appeared in Molecular Therapy, volume 15 (2007) 229-241. It covers viral approaches to gene therapy, in particular those based on adeno-associated virus.
Cell Therapy:
“Adult Stem Cells, Lung Biology, and Lung Disease” by Daniel Weiss, Mary Anne Berberich, Zea Borok, Dorothy Gail, Jay Kolls, Christopher Penland and Darwin Prockop, appeared in the Proceedings of the American Thoracic Society, volume 3 (2006) 193-207. The U.S. Cystic Fibrosis Foundation in part, supported this very comprehensive review.
