ภญ. พัสริ วิทยศักดิ์พันธุ์ ภญ. อัญชลี เลาไพศาลวนิชศิริ GENE THERAPY ภญ. พัสริ วิทยศักดิ์พันธุ์ ภญ. อัญชลี เลาไพศาลวนิชศิริ ภญ. โสภิดา ห่วงรักษ์

ความเป็นมาของ GENE THERAPY 1964 : sequence ของเบสในสาย DNA ตรงกับลำดับของกรด อะมิโนในโปรตีนอย่างจำเพาะเจาะจง 1978 : clone อินซูลินของคนได้ ------- Human insulin 1986 : เตรียม Human hepatitis B vacine โดยวิธี genetic engineering 1988 : ทำการทดลองเปลี่ยนแปลงยีนในหนู ทำให้หนูกลายเป็น มะเร็งเต้านม

โรคที่เกิดจากความผิดปกติของยีน ชนิดของความผิดปกติ ชื่อโรค ระดับโครโมโซม จำนวนโครโมโซมผิดปกติ Down ‘s syndrome โครโมโซมสลับที่ Leukemia ระดับ DNA การขาดหายของเบส Thalassemia การสอดแทรกของเบส Haemophelia

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเบสใน DNA

แนวคิดของการนำความรู้ด้านยีนมารักษาโรค หน้าที่ของยีน ยีนทำหน้าที่สั่งการ ควบคุมการสร้างโปรตีนเพื่อใช้งานในร่างกาย เช่น สร้างฮอร์โมน เอ็นไซม์ต่าง ๆ การหายของแผล โครงสร้างของร่างกาย เป็นต้น แนวคิดของ Gene Therapy เมื่อยีนทำหน้าที่ผิดปกติ จะส่งผลให้เกิดโรคบางโรค เช่น เบาหวาน ไขมันในเลือดสูง มะเร็งบางชนิด อัลไซเมอร์ เป็นต้น หากสามารถแทนที่ยีนที่ผิดปกติเหล่านี้ด้วยยีนปกติ ผู้ป่วยก็จะหายจากโรคได้

การถอดรหัส DNA ใน genome Codon : รหัสของเบสที่แปลความหมายเป็นกรดอะมิโน AAA : lysine UUU : phenylalanine RNA มีเบส 4 ตัว ( A,U,C,T ) สามารถจัดเรียงตัวได้ทั้งหมด 43 = 64 codon - ในธรรมชาติมีกรดอะมิโน 20 ชนิด - start signal = AUG ( methionine ) - stop signal = UAA , UAG , UGA

การสร้างโปรตีนโดยคำสั่งของยีน

ยีนบนโครโมโซม

การ isolate ยีน Peptide mapping สร้าง oligonucleotide primer ใช้เทคนิค RT-PCR เพื่อเพิ่มจำนวน DNA แยก DNA ที่ต้องการโดยใช้ restriction enzyme ในการตัด แยกยีนที่ต้องการโดยวิธี electrophoresis วิเคราะห์ sequence ของยีนที่ต้องการ

เอ็นไซม์ที่ใช้ในการตัด DNA restriction endonuclease enzyme restriction endonuclease I restriction endonuclease II -CCGC- -TTAA- -GGCG- -AATT- -CCG + C- -TTA + A- -GGC G- -AAT T-

-ATCCCGCCTTAACC- -TAGGGCGGAATTGG- RT I RT II -ATCCCG + CCTTAACC -ATCCCGCCTTA + ACC- -TAGGGC GGAATTGG -TAGGGCGGAAT TGG

การแยกยีนโดยการตัดด้วยเอ็นไซม์ตัดจำเพาะ

เทคนิคการนำยีนเข้าสู่ร่างกาย เทคนิค recombinant DNA - plasmid - bacteriophage เทคนิค clone ยีนโดย retrovirus

เทคนิค recombinant DNA

เทคนิคการ clone ยีนโดยใช้ retrovirus

Gene Therapy What is gene therapy? novel approach to treating diseases base on modifying the expression of a person’s genes toward a therapeutic goal

Procedure of transferring genetic material DNA chain cut DNA chain separate the selected pieces of DNA therapeutic DNA sequence placed in the DNA of vector insert the vector into target cells Restriction enzyme electrophoresis

Gene Therapy Somantic gene therapy Germline gene therapy ex vivo in vivo Germline gene therapy treat pre-embryo : requires vitro fertilization treat germ cells ( sperm or egg cells)

vectors nonviral vector Viral vector lytic viral vectors retroviral vectors parvoviral vectors nonviral vector lipid encapsulation : facilitate passage across cell membrane oligos : oligonucleotides with about 25 bases , to be hooked up to tiny gold bead which can shot into skin electroporation biolistic : using high velocity tungsten microprojectiles to insert DNA

Four thing to choosing type of viral vectors When choosing which type of virus to use for gene therapy ease with which the virus can be handled,manipulate, grown to high titers in vitro the efficiency with which virus can infect the target cells the specificity, a virus has for certain types of cells the virus can evade the immune system and not induce an inflammation response

Lytic viral vectors Lytic viral vectors : adenovirus, herpes simplex adventage : grown in vitro to high titers easy to handle and easy for vector construction vector preperation is low cost disadventage : therapeutic gene to be active for only a short time ( do not integrate into host cell genome) if repeat exposure ,the immune will remember antigen , induce inflammatory response

Retroviral vectors simple retroviral vectors moloney murine leukemia virus require a dividing target cells complex retroviral vectors Human foamy virus, human immunodeficiency virus can integrate non dividing target cells

Parvoviral vectors Similar to retroviral vectors can integrate into chromosomal DNA ability to transduce non dividing target cells ( in a variety of tissues) not associated with any diseases in human ex: adeno associated virus (AAV)

Initial studies 1990-1991 first successful treatment of adenosine deaminase deficiency (ADA) : the absence of ADA result in premature death of T lymphocytes, leading to severe combined immunodeficiency (SCID) treat: transferred a normal ADA gene into lymphocytes : put ADA gene into bone marrow : both strategies was ex vivo

Initial studies 1992 successful treatment of familial hypercholesterolemia : patients lack the hepatic receptor that clears low - density lipoprotein (LDL) from blood . In the absence of the receptor , patient exhibit extreme hyperlipidemia treat: ex vivo hepatocyte from patient ,exposure to a virus carring the human LDL receptor gene. The cells were infused into patient ‘s portal vein.

Gene Therapy and Patient Care The Replacement of a nonfunctional protein to restore a normal cell function The modulation of enzyme activity to increase therapeutic efficacy The stimulation of the immune respond by augmenting antibody production The detoxification of deterious agent

The replacement of a nonfunctional protein เป็นการแทนที่ของ nonfunctional protein เพื่อให้ normal cell ทำงานเป็นปกติ การที่เกิด gene mutation ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ amino acid sequence ทำให้ protein ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ วิธีการคือ ใช้ gene therapy แก้ไขความผิดปกตินั้น ตัวอย่าง ผู้ป่วยhemophilia ไม่สามารถสร้าง specific clotting protein ทำให้เกิด bleeding ใช้ Gene therapy ควบคุมการสร้าง Clotting Protein Sickel Cell anemia อาจแก้ไขโดย cloning gene

The modulation of enzyme activity Gene Therapy ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของยา โดยเพิ่ม metabolism ของยา ด้วยการเพิ่ม activity ของ enzyme ผ่าน gene therapy 5 - fluorouracil uridine phosphorylase การป้องกันการถูกทำลายของยาโดยลดการทำงานของ enzyme ที่ใช้ในขบวนการ Catabolism เช่น การใช้ allopurinol เป็นตัวเสริกการรักษา โดยการ inhibit xanthine oxidase เพื่อป้องกันการทำลายยา ซึ่งทำได้โดย ใส่ gene ที่ไปลดการทำงานของ enzyme หรือ ทำให้โปรตีนเกิด mutation 5 fluorodeoxyuridine nomophosphate Uridine kinase

The stimulation of the immune response Gene therapy ทำให้การสร้าง antibody เพิ่มขึ้น โดยการเพิ่ม Cell circulation ทำให้มีการเพิ่มของ lymphocytes

The detoxification การป้องกันและดูแลสุขภาพ เช่นความเครียด ( stress ) ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยา oxidation ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งซึ่งทำให้เกิดโรคได้ Gene Therapy ทำให้เพิ่ม antioxidant capacity โดยการ introduction ของ gene ซึ่งทำให้มีการสร้าง internal antioxidant

ความก้าวหน้าของ Gene therapy ในการรักษา 1.Alzheimer’s Disease 2.Cancer 3.Diabetes 4.Hemophilia

Gene therapy and Alzhiemer ’ s Disease Utility of the Apolipoprotein E Genotype ร่วมกับอาการทางคลินิคในการวินิจฉัย alzheimer

Gene therapy and Alzhiemer’s Disease ( Continue) First gene therapy experiment for Alzheimer’s 10 เมษายน 2544 คณะแพทย์มหาวิทยาลัยแคลิฟอเนีย ทำศัลยกรรมด้วย Gene therapy กับผู้หญิงอายุ 60 ปี ซึ่งถูกวินิจฉัยว่าเป็นอัลไซเมอร์ชนิดไม่รุนแรง เมื่อ 3 ปีก่อน โดยนำเซลล์ผิวหนังจากผู้ป่วยด้วยวิธีวิศวพันธุกรรม ทำให้ผลิดและหลั่งสาร human growth factor แล้วฝังเซลล์นั้นกลับเข้าสู้สมองส่วน frontal lobe ขณะนี้กำลังอยู่ระหว่าง การรอผล nerve growth factor ป้องกันการตายของ Cellได้หรือไม่ Cell ที่ใส่เข้าไปเพียงพอจะทำให้ความทรงจำของผู้ป่วยดีขึ้นหรือไม่ เคยมีการทำการทดลองแบบนี้ในหนูและลิง เมื่อ 12 ปีก่อน พบว่า nerve growth factor สามารถป้องกันการตายของ cholinergic cells และทำให้ aging cell กลับมาปกติ ความจำของสัตว์ทดลองดีขึ้น

Gene therapy and Cancer Gene therapy shows promise against cancer Dr.Fadlo Khuri at the university of Texus August 4,2000 รักษาผู้ป่วย 30 คนที่เป็น Head and neck cancers การทดลองใช้ genetically engineered adenovirus ( ONYX - 015 ) ร่วมกับ Standard chemotherapy Result ผู้ป่วย 19 รายมีขนาด tumor ลดลงอย่างชัดเจนมากกว่าครึ่ง และมี 8 รายที่ Tumor หายไปทั้งหมด

Gene therapy and Diabetes มีรายงานว่า ผู้ป่วยเบาหวานจำนวน 8 คน สามารถหยุดการฉีด Insulin ได้หลังปลูกถ่ายเซลล์ตับอ่อนได้ 1 ปี โดยเซลล์เหล่านี้สามารถผลิต Insulin และ glucagon ได้ แต่ปัญหาคือ islet cell ที่รอดชีวิตมีจำนวนน้อย และต้องการ Cell จาก Donor ซึ่งหายาก ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้มีการใช้ cellmultiplying gene เพื่อเพิ่ม human islet cells ในจานเพาะเชื้อได้เป็นล้าน ๆ เซลล์

Problem associated with Gene Therapy Delivery system for gene therapy is not perfect. Pharmacokinetics of the synthesized product is unknown what mechanism exist with the body to transport, activate,or degrade the particular product. Need to be transfected the appropriate cells in order to achieve therapeutic efficiency. Impact on treatment because of relating to alteration of the genetic composition of human being.

Good bye