اصول و مباني ژن درماني
گروه: مقالات عمومي
نویسنده: دكتر محمدرضا نورى دلويى

ژن درمانى سلول جنسى
در اين روش ژن درمانى، افزايش، تغيير يا جايگزينى يك ژن غيرطبيعى به نحوى است كه سلول هاى توليدكننده گامت ها را نيز تغيير مى دهد. جايگزينى يك ژن غيرطبيعى در سلول تخم يا انتقال يك ژن درمانگر به فردى مبتلا به گونه اى كه اجازه وارد شدن در گامت ها را بيابد، مثال هايى از اين نوع هستند. با وارد سازى ژن ها به درون سلول هاى ژرمينال (يا تخمك هاى لقاح يافته)، اطلاعات ژنتيكى مى تواند به نسل هاى آينده انتقال يابد. زيرا، تنها در اين شيوه است كه ژن ها هم در سلول هاى سوماتيكى و نيز زايشى توزيع شده و به نسل هاى بعد انتقال مى يابند.
براى تاييد ژن درمانى سلول جنسى رعايت كامل حداقل سه معيار زير كاملاً ضرورى است:
۱ - قبلاً بايستى تجربيات قابل توجه و معنى دارى با ژن درمانى سلول سوماتيك به عمل آيد كه به روشنى اثر بخشى، كارايى و بى خطرى آن را به اثبات برساند.
۲ - روى الگوهاى مناسب جانورى مطالعات كافى صورت گرفته باشد تا قابليت توليد مثلى، اعتماد و بى خطر بودن ژن درمانى سلول جنسى را با استفاده از همان ناقلين و روش ها به اثبات برساند.
۳ - بايد جامعه و مردم درك درست و كاملى از اينگونه درمان داشته باشند و عالمانه و مسئولانه آن را مورد تاييد قرار دهند.
پيشرفت هاى شگرف حاصله در زيست شناسى مولكولى به ويژه در روش ها و فنون مهندسى ژنتيك و بيوتكنولوژى مولكولى در سه دهه اخير براى نخستين بار اين امكان را فراهم آورده است كه بسيارى از بيمارى ها به ويژه نواقص ژنتيكى اصلاح شدند. شاخه مهم ژن درمانى نيز با به كارگيرى طيف وسيعى از فناورى ها به طور پيوسته از رشدى شگرف برخوردار بوده و چند سالى است كه به شكلى جدى از قلمرو نظرى، وارد ميدان عملى و بالينى شده است.
به لحاظ تاريخى در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوايل دهه ۱۹۷۰ دستيابى دانشمندان به روش ها و فنون جديد، امكان ايجاد تغييرات طراحى شده ژنتيكى را براى شكل تازه اى از درمان بسيارى از بيمارى ها در انسان مهيا ساخت. بنابراين، از نقطه نظر تاريخى، زمان آغاز ايده ژن درمانى به چند سال پيش از تولد دانش و فن مهندسى ژنتيك بازمى گردد. هر چند كه ظهور مهندسى ژنتيك، نقشى تعيين كننده در روش هاى ژن درمانى داشته است.
در سال ،۱۹۷۲ انتقال موثر ژن توسط ناقلين رتروويروسى (Retroviruses) مبتنى بر اهداف درمانى ترسيم شد و از آن زمان پيشرفت ها فوق العاده بوده، به نحوى كه هم اينك استفاده از ژن هاى سالم بيگانه يا درمانگر در سلول هاى معيوب انسان، به عنوان روش جدى از ژن درمانى در حال انجام است. ژن درمانى يا درمان ژنتيكى با اصلاح ژن، روش نوينى در مبارزه با بيمارى هاى ژنتيكى و ارثى است كه به لحاظ بالينى اولين آزمايش آن با مجوز قانونى روى دختر بچه اى به نام آشانتــــــى دسيلــــــــوا (Ashanti Desilva)، كه هنوز چهار سال تمام نداشت و مبتلا به نقص آنزيمى ارثى بود، در ۱۴ سپتامبر سال ۱۹۹۰ با موفقيت انجام شد. اين دختر هم اكنون بدون نقصى جدى در آمريكا زندگى مى كند.
كودك مبتلا دچار كمبود آنزيم آدنوزين دآميناز (Adenosine deaminase=ADA) بود كه براى عملكرد صحيح سيستم ايمنى لازم است. ژن سالم مربوط به اين آنزيم به لنفوسيت هاى او انتقال يافت. لنفوسيت ها بيشتر از ديگر سلول ها مورد هدف اين بيمارى قرار مى گيرند. در آزمايش بالا، پژوهشگران به كودك مورد اشاره حدود يك ميليارد از گويچه هاى سفيد خون خودش را وارد كردند. البته در گويچه هاى سفيد خود پيش از ورود به بدن بيمار، قطعاتـى از نسخه هاى ژن واجد اطلاعات مربوط به آنزيم ADA را قرار دادند كه قادر به سنتز اين آنزيم بود. دختر بچه، خود قادر به توليد اين آنزيم نبود، در نتيجه، از بيمارى كمبود ايمنى شديد (Sever Combined Immunodeficiency disease=SCID) كه به طور معمول كشنده است، رنج مى برد و مستعد ابتلا به عفونت ها شده بود.
آنزيم ADA را همچنين مى توان از راه درون سياهرگى وارد بدن كرد، اگرچه تقريباً بلافاصله توسط بدن تجزيه و تخريب مى شود. درمان آشانتى در انستيتو ملى بهداشت آمريكا (NIH) و توسط گروهى مشتمل بر مايكل بليـــــــــز كالور و اندرسون انجام شد. گويچه هاى سفيد سيستم ايمنى از بدن او خارج شد و با وارد كردن نسخه هاى طبيعى از ژن مورد نظر، سلول هاى تيمار شده به جريان خون بازگردانده شد. آشانتى پس از چهار انفوزيون در خلال چهار ماه بهبود يافت.
ژن درمانى به جاى برخورد معمولى، برخورد نسبتاً اساسى با بيمار و بيمارى مى كند و به جاى تمركز روى علائم بيمارى يا حوادث ثانوى دخيل در مراحل بيماريزايى، به طور مستقيم روى ژن جهش يافته متمركز شده و به طور مثال آن را با ژن طبيعى جايگزين مى نمايد. طبيعتاً، شيوه معمول در معالجه بيمارى هاى ژنتيكى كه بر اصلاح نشانه هاى بيمارى (درمان علامتى) يا نواقص ثانويه بيوشيميايى توسط آنزيم درمانى، هورمون درمانى و مانند آن استوار است، نمى تواند يك روش اساسى درمان به حساب آيد.
پيش از هر اقدامى براى ژن درمانى، مجموعه اى از عمليات هاى دقيق و ظريف بايد صورت گيرد تا زمينه مناسب براى انجام موفقيت آميز آن را فراهم آورد. هرچند كه بسته به نوع ژن و سلول هدف و مانند آن كمابيش تفاوت ها و محدوديت هايى وجود دارد. اما به طور كلى موارد زير از جمله مهمترين اين اقدامات به حساب مى آيند:
الف - استخراج ژن يا ژن هاى مناسب و مورد نظر در بردارنده رديف تنظيمى شناخته شده و معين.
ب - تهيه و جمع آورى سلول هاى هدف مناسب و صلاحيت دار.
ج - ابداع و آماده سازى ناقلين با كفايت و مطمئن جهت انتقال ژن يا DNA درمانگر به طور صحيح به سلول هدف.
د - دردسترس داشتن شواهد قوى و اطمينان بخش از تجارب حيوانى مبنى براينكه ژن انتقال يافته در سلول يا جمعيت سلولى هدف بتواند با بازدهى كافى بيان شود.
هـ - جمعيت سلولى هدف نيز بايد به طور منطقى عمر طولانى داشته باشد. و - از پيش بايد معلوم شود كه ژن بيگانه آثار كشندگى در سلول (سلول هاى) هدف نداشته باشد.
ژن درمانى به طور عمده، انتقال مواد ژنتيكى به درون سلول هاى يك موجود براى مقاصد درمانى است. اين امر كه به روش هاى مختلف و متنوع صورت مى گيرد، بر انتقال ژن سالم به درون سلول يا بر اصلاح ژن معيوب توسط رفع نقص و تغيير ژنوتيپ آن يا مهار كردن بيان ژن معيوب، استوار است. براى انتقال ژن درمانگر به سلول هدف، روش هاى مختلف فيزيكى، شيميايى و زيستى وجـــــود داد. به علاوه، فنون جديد و تكميلى نيز به طور مستمر ابداع مى شود. هريك از اين روش ها، مزايا و معايب و در مجموع كارايى مربوط به خود را دارد.
ژن درمانگر به طور كلى به دو صورت مستقيم (in vivo) يا غيرمستقيم (in vitro) به درون سلول هاى مناسب انتقال مى يابد. در روش غيرمستقيم، ابتدا در محيط آزمايشگاه دستكارى هاى مناسب صـورت مى گيرد و سلول هاى حاصله سپس به مكان هاى فيزيولوژيكى مربوط در موجود زنده، پيوند مى خورد. انتقال نسخه سالم ژن به درون سلول هاى بيمار كه به درمان خارج از موجود زنده (ex.vivo) معروف است- مانند روشى كه در مورد آشانتى دسيلوا به كار رفت - به منظور جبران اثر ژن معيوب يا واردسازى ژنى كه به دلخواه مورد تغيير قرار گفته است به درون سلول هدف جهت اعطاى ويژگى جديد به سلول از جمله مهمترين روش هاى ژن درمانى به حساب مى آيند. ادغام ژن هاى درمانگر به درون كروموزوم هاى بيمار، البته رخدادى هميشه الزامى نيست، از اين رو چنانچه بتواند باقى مانده و با بيان - نسبتاً پايدار- خود، سطوح درمانى پروتئين مورد نظر را توليد كند، مفيد خواهد بود.
ورود ژن هاى درمانگر به درون ژنوم، ممكن است بتواند نقص ژنتيكى را دست كم به سه روش اصلاح كند:
فرود تصادفى نسخه ژن طبيعى به سلول هدف، فرود اختصاصى (هدف گيرى شده) يا تركيبى از هر دو.
براى نمونه با وارد كردن اختصاصى ژن درمانگر، ژن معيوب را مى توان اصلاح كرد، با ژن سالم جايگزين كرد يا اينكه با تعديل عناصر تنظيمى آن سرانجام آن را به حالت طبيعى برگرداند. شايان ذكر است هم درمان خارج از موجود زنده و هم درمان درجا (In Situ)، داراى مشكل مشتركى هستند، به اين شكل كه ژن هاى وارد شده به درون سلول ها قادر است به نحو تصادفى در DNAى كروموزوم ها ادغام شود، اين ادغام درحالى كه مى تواند بى ضرر باشد، اما در برخى مــــوارد (نقض غرض شده ) و مى تواند نتايج وخيمى - از جمله ايجاد اختلال در عمل طبيعى ژن هاى بازدارنده تومور و در نتيجه ايجاد سرطان - در پى داشته باشد.
پيش بينى مى شود، در سال هاى آينده براى اين مشكلات نيز راه حل هاى اساسى پيدا شود. دستكارى هاى ژنتيكى مى تواند در سلول جسمى يا سوماتيك، سلول جنسى و موارد ديگر انجام يابد.

•ژن درمانى سلول جسمى
اين نوع از ژن درمانى، به لحاظ نظرى، همه سلول ها، به استثناى سلول هاى جنسى را شامل مى شود و طبيعتاً به نسل هاى بعد انتقال نمى يابد. اين شيوه، به رغم مشكلات متعدد، در زمينه بيمارى هاى ارثى تك ژنى، تاكنــون موفقيت هاى قابل توجهى در برداشته است و پيش بينى مى شود كه بسيارى از محدوديت هاى فعلى آن در چند سال آينده مرتفع خواهد شد. اين روش، بسته به نوع ژن و الگوى توارثى بر تغيير و تصحيح ژن غيرطبيعى با روش جهش زايى هدفدار در مكان خاص (Correction therapy) و جايگزينى يك ژن غيرطبيعى با همتاى طبيعـــــــى آن (replacement therapy)جهت درمان فرد مبتلا استوار است.
ژن درمانگر گسيل شده به سلول هدف مى تواند به راه هاى مختلف - مانند جبران عملكرد ژن جهش يافته، تكميل عملكرد ناقص ژن جهش يافته، يا ايجاد اختلال در بيان ژن جهش يافته- ايفاى نقش كند. اصلاح ناهنجارى توسط دستكارى در سلول سوماتيك، در عمل تنها برخى از سلول ها به ويژه آنهايى را كه نقص ژنى به طور عمده در آنها مشهود است (مانند گلبول هاى قرمز براى كم خونى داسى شكل يا سلول هاى كبدى براى فنيل كيتونورى) مورد دستكارى و تغيير قرار مى دهد. بنابراين، در اين شيوه تنها يك سلول يا گروهى از سلول ها در يك فرد يا ارگانيسم منفرد مورد دستكارى قرار گرفته و هر تغييرى در ژنوتيپ، در سلول يا جمعيت سلولـى ويژه اى در فرد گيرنده مشاهده مى شود.
استفاده از اين شيوه درمان براى فرد بيمارى كه از يك اختلال ژنتيكى جدى رنج مى برد به شرط ارزيابى دقيق خطرات بالقوه اى كه احتمالاً او را تهديد مى كند و استفاده دقيق و صحيح از معيارهاى علمى حاكم بر هر كار تجربى پزشكى جديد، از نظر اخلاقى و حقوقى مورد قبول است. زيرا اين روش اساساً همان پيوند اندام است و با اعمالى مانند پيوند قلب و مغز استخوان تفاوت - ماهيتى- ندارد. در واقع، پيوند سلول ها، بافت ها و اندام ها به عنوان شكلى از ژن درمانى به حساب مى آيند، زيرا سلول هايى كه از فرد دهنده به فرد گيرنده (مبتلا) داده مى شود، براساس ژنوم دهنده، در فرد گيرنده به طور طبيعى به كار خود ادامه مى دهند.
مراحل كلى و معمول اين روش - براى برخى از سلول ها- بر برداشت سلول ها از بدن فرد مبتلا، رشد و دستكارى ژنى آنها در محيط و شرايط مناسب inتvitro قرار دادن دوباره سلول هاى دستكارى شده در بافت اوليه فرد مبتلا استوار است. چنانچه انتظار مى رود بافت ها و سلول هاى مختلف، براى ژن درمانى محدوديت ها و مزاياى متفاوتى دارند. به طور نمونه سلول هاى مغز استخوان و پوست كه به خوبى در محيط كشت ابقا مى شوند، از مناسب ترين سلول ها به شمار مى روند.
البته روى سلول هاى مغز استخوان به دليل آنكه شامل جمعيت سلولى نامتجانسى هستند و اكثر آنها مسئوليت دارند كه به دنبال فرآيند تمايز، موجب پيدايش سلول هاى اريتروسيت، لنفوسيت و مانند آن شوند، به مراتب مطالعات بيشترى صورت گرفته است. كمتر از يك درصد سلول هاى هسته دار مغز استخوان، سلول هاى اجدادى تمايز نيافته اى به نام سلول هاى پايه اى هستند كه به عنوان هدف اوليه براى مولكول DNA ى درمانگر به حساب مى آيند و از آنجا كه تعداد اين سلول ها اندك بوده و به آسانى قابل تشخيص نيستند، جهت وارد كردن ژن درمانگر، سيستمى با كارايى بالا مورد نياز است.

•مخاطرات بالقوه ژن درمانى سلول جسمى
ژن درمانى سلول جسمى به رغم همه فوايدى كه دارد، متضمن خطرات بالقوه فراوانى نيز هست كه برخى مانند ايجاد سرطان، آسيب به ديگر ژن هاى موجود در سلول هدف و تغيير احتمالى سلول جنسى، داراى اهميت عملى زيادى هستند.
البته، شناسايى دقيق مشكلات و رفع آنها نيازمند آگاهى هاى سلولى و مولكولى ژرفترى از زيست شناسى انسان است كه انتظار مى رود در پژوهش هاى آينده به دست آيد. از اين رو، ژن درمانى سلول سوماتيك نيز بايد با رعايت تمام جنبه هاى ايمنى صورت پذيرد. به طور مثال در كاربردهاى اين روش، با آنكه عمليات اجرايى به نحوى طراحى مى شود كه از انتقال ژن معيوب به سلول هاى جنسى جلوگيرى به عمل آيد، اما درگير شدن اين سلول ها در اثر مسامحه كارى، غيرممكن نيست.
چنين خطراتى البته به ژن درمانى محدود نمى شود و از جمله در پرتو درمانى و شيمى درمانى سرطان نيز چنين رخدادهايى امكان پذير است. ژن درمانى سلول جسمى با مشكلات متعددى مواجه است كه استفاده جارى از آن را محدود كرده است. اين تنگنا ها به ويژه در انتقال ژن هاى غول پيكر مانند بيمارى ديستروفى ماهيچه اى دوشن و نوروفيبر وماتوز بيشتر به چشم مى خورد. چگونگى انتقال ژن درمانگر به سلول هاى مناسب هدف، بازدهى ناقلى، نحوه انتخاب سلول ها و شرايطى كه بايد دارا باشند و نيز ساختار پلى نوكلئوتيدى ژنوم هدف، ازجمله نكات بسيار مهمى است كه در فرآيند ژن درمانى و كارايى انتقال ژن از اهميت خاصى برخوردار است.
ژن درمانى نيازمند حضور و تامين شرايط خاص از سوى سلول هاى هدف است و از جمله لازم است كه سلول هاى صلاحيتدار در نظر گرفته شده و انتخاب شود. بدين منظور در رايج ترين روش كنونـــــى ژن درمانى، ابتدا بايد سلول هاى هدف را از بدن موجود جدا كرد و در محيط آزمايشگاه به كار گرفت. اين سلول ها، بايستى ويژگى هاى متعددى داشته باشند، ازجمله:
۱ - جداسازى آنها راحت باشد.
۲ - به راحتى در محيط كشت قادر به رشد باشند، وضعيت تكثير و همانندسازى سلول ها در زمان انتقال ژن درمانگر بسيار مهم است.
۳ - نسبت به اثرات نامطلوب ناشى از دستكارى هاى ژنتيكى، پايدارى نشان داده و داراى قدرت تحمل زيستى باشند.
۴ - پس از دستكارى ژنتيكى، بتوان آنها را به راحتى به محيط طبيعى بدن، رجعت داد.
۵ - پس از بازگرداندن به محيط بدن، بتوانند براى ماه ها يا ترجيحاً تمام عمر موجود، به طور فعال به وظايف خود ادامه داده و عمرى طولانى داشته باشند.
سلول هايى مانند فيبروبلاست ها و مغز استخوان در مجموع، به خوبى واجد شرايط بالا هستند درحالى كه سلول هاى عصبى مغز، فاقد اين شرايط هستند. بيان يك ژن درمانگر معين، تا حدى به محلى كه در ژنوم ميزبان وارد شده است نيز بستگى دارد. زيرا در اماكن مختلف ژنوم هم ميزان بيان ژن، متفاوت است و هم اينكه در كلون هاى مختلف سلولى درجه پايدارى بسيار متفاوتى را نشان مى دهند. همچنين در برخى موارد، سلولى كه ژن به طور طبيعى در آن فعاليت مى كند- مانند بيمارى تالاسمى كه درمان توسط سلول هاى استخوان صورت مى گيرد- مى تواند به عنوان سلول هدفدار به كار رود. نورون ها و ديگر سلول هاى هدف كه به طور طبيعى در افراد بالغ تقسيم نمى شدند، مشكل ديگرى در انتقال ژن به حساب مى آيند، زيرا برخى از ناقلين انتقال، تنها توسط سلول هاى در حال تقسيم برداشت مى شود.