الفصل الثاني من الشفاء الوراثي / ريكي لويس

بعد عقد ونصف من سلسلة من الإخفاقات المأساوية التي أدت إلى إعادة تقييم حاسمة للعلاج الجيني، يقول العلماء إنه يمكن استخدامه مرة أخرى

مجال العلاج الجيني (العلاج الجيني) يمكنه أخيرًا تحقيق الآمال المعلقة عليه: الاستخدام التجريبي لهذه العملية، التي يتم فيها إدخال جينات سليمة في أي مكان في الجسم حيث تكون هناك حاجة إليها، قد أدى في السنوات الست الماضية إلى استعادة البصر لـ 40 شخصًا عانوا من نوع معين من العمى الوراثي. وحقق الأطباء نتائج غير مسبوقة في علاجهم لأكثر من 120 مريضاً مصابين بأنواع مختلفة من سرطان الدم، وظل بعضهم خالياً من السرطان بعد ثلاث سنوات من العلاج. كما استخدم الباحثون العلاج الجيني للسماح لبعض المرضى الذين يعانون من الهيموفيليا، وهو مرض نزيف مفرط مميت، بتمديد الفترات الزمنية التي لا تحدث فيها حوادث خطيرة ودون الحاجة إلى جرعات عالية من أدوية تخثر الدم.

وتعتبر النتائج الإيجابية أكثر إثارة للإعجاب بالنظر إلى إغلاق مجال العلاج الجيني قبل 15 عامًا بعد الوفاة المفاجئة لجيسي جيلسنجر، وهو مراهق كان يعاني من مرض نادر في الجهاز الهضمي. استجاب جهاز جيلسنجر المناعي للعلاج الجيني بهجوم مضاد حاد ومفاجئ، مما تسبب في وفاة الصبي. لذا فقد أصبح من الواضح أن النجاحات المبكرة التي حققها العلاج الجيني في تسعينيات القرن العشرين كانت سبباً في رفع توقعات عالية بشكل غير واقعي بين الأطباء والباحثين إلى حد الثقة المفرطة.

هذه الحالة وغيرها من العوائق أجبرت العلماء على إعادة التفكير في بعض مناهجهم، وأن يكونوا أكثر واقعية بشأن تطبيقات العلاج الجيني في علاج البشر في مختلف الحالات. كبح الباحثون آمالهم وعادوا إلى البحث الأساسي. لقد نظروا في الآثار الجانبية القاتلة، مثل تلك التي شوهدت في جيلسنجر، وتعلموا كيفية الوقاية منها. وأولوا المزيد من الاهتمام لشرح المخاطر والفوائد للمتطوعين وأسرهم.

بالنسبة للكثيرين، كانت نقطة التحول بعد ست سنوات، عندما عالج الأطباء كوري هاس، وهو صبي يبلغ من العمر ثماني سنوات كان يعاني من اضطراب تنكس وراثي في ​​العين يسبب العمى. سمح العلاج الجيني الذي استخدموه لشبكية العين المتضررة في عين هاس اليسرى بإنتاج بروتين لا يستطيع جسمه إنتاجه بأي طريقة أخرى. بعد أربعة أيام من العلاج، زار كوري حديقة الحيوان واندهش عندما رأى منطاد الهواء الساخن والشمس لأول مرة. وبعد ثلاث سنوات عولج بنفس الطريقة في عينه اليمنى. اليوم، تحسن بصر كوري إلى درجة أنه انضم إلى جده في صيد الديك الرومي.

واليوم لا يزال العلاج الجيني غير متوفر في المستشفيات والعيادات، ولكن هذا الوضع سوف يتغير في العقد المقبل. في أوروبا، في عام 2012، تمت الموافقة على العلاج الجيني لاضطراب نادر يعرف باسم "النقص العائلي لإنزيم البروتين الدهني الليباز" والذي يسبب ألمًا شديدًا. في أواخر عام 2013، أزالت معاهد الصحة الأمريكية (NIH) بعض القيود التنظيمية التي اعتقدت الوكالة أنها لم تعد ضرورية. وتتوقع الصناعة أن توافق الولايات المتحدة على الاستخدام التجاري للعلاج الجيني في عام 2016. لقد بدأ العلاج الجيني أخيرًا، بعد عقده الضائع، في تحقيق غرضه كعلاج طبي ثوري.

حسرة

لقد أوضحت الإخفاقات المبكرة للعلاج الجيني مدى صعوبة إنشاء طريقة آمنة وفعالة لتوصيل الجينات إلى الأنسجة المستهدفة. في كثير من الأحيان تكون الطرق الأكثر أمانًا لنقل الجينات غير فعالة، وقد تبين أن بعض الطرق الأكثر فعالية غير آمنة بالقدر الكافي وتسببت في رد فعل ساحق من جانب الجهاز المناعي، كما في حالة جيلسنجر، أو تطور سرطان الدم.

لفهم الأسباب التي تسبب هذه الآثار الجانبية أو لمعرفة كيفية تقليل خطر حدوثها، ركز العلماء على نظام نقل الجينات الأكثر شيوعًا للعلاج الجيني: وهو فيروس مُصمم هندسيًا يعمل بمثابة مسدس حقن مجهري.

في البداية، يقوم الباحثون بإزالة بعض جينات الفيروس نفسه لإفساح المجال للجينات السليمة التي يريدون نقلها إلى المريض. (تهدف هذه الخطوة أيضًا إلى منع الفيروس من تكاثر نفسه داخل الجسم، وبالتالي زيادة خطر رد الفعل المناعي.) ثم يتم حقن الفيروس المهندس في الشخص، ويقوم الفيروس بإدخال الجينات في خلايا معينة، وفقًا لحالته. يكتب.

عندما تطوع جيلسنجر لإجراء تجربة سريرية، كان نظام توصيل الجينات الشائع هو الفيروس الغدي، وهو فيروس يمكن في حالته الطبيعية أن يسبب التهابات خفيفة في الجهاز التنفسي العلوي لدى البشر. ثم قرر العلماء في جامعة بنسلفانيا أن حقن الفيروس في الكبد، حيث توجد الخلايا التي تنتج عادة الإنزيم المفقود في جيلسنجر، كان له أكبر فرصة للنجاح. لقد أدخلوا نسخة نشطة من الجين الذي يشفر الإنزيم في فيروس غدي تمت إزالة بعض جيناته الخاصة وحقنوا تريليون فيروس، كل منها يحمل الحمولة المقصودة، مباشرة في الكبد.

لكن بعض الفيروسات اتخذت منعطفًا مأساويًا في جسد جيلسنجر. لقد دخلوا الكبد كما هو مقصود، لكنهم أصابوا أيضًا عددًا كبيرًا من الخلايا البلعمية، والخلايا الكبيرة المهاجرة التي تعمل كحراس للجهاز المناعي، والخلايا الجذعية، التي تشير إلى الغزو. استجاب الجهاز المناعي بتدمير جميع الخلايا المصابة، وهي عملية عنيفة أدت في النهاية إلى تدمير جسد جيلسنجر من الداخل إلى الخارج.

فاجأ رد الفعل العنيف للجهاز المناعي الباحثين. ولم يكن لدى أي من المتطوعين السبعة عشر الذين تلقوا مثل هذا العلاج لنفس الاضطراب مثل هذه الآثار الجانبية الخطيرة. عرف الباحثون أن الفيروس الغدي يمكن أن يثير استجابة مناعية، لكنهم لم يتخيلوا مدى قوة هذا الفيروس، لأنهم حتى ذلك الحين لم يتوقعوا مثل هذه الاستجابة، باستثناء وفاة قرد في إحدى الدراسات التي استخدمت هندسة مختلفة قليلاً. الفيروسات. يقول جيمس ويلسون من جامعة بنسلفانيا، الذي طور نظام نقل الجينات الذي استخدمه الباحثون في التجربة السريرية التي شارك فيها جيلسنجر: "البشر أكثر تنوعا بكثير من مستعمرات الحيوانات". "ما رأيناه في التجربة هو أنه في فرد واحد من أصل 17 كان هناك رد فعل مبالغ فيه من قبل المضيف." وبالعودة إلى الماضي، يبدو أنه كان من الصحيح حقن عدد أقل من الفيروسات التي تحمل الجين في جسمه، مليارات بدلاً من تريليون. ومن الانتقادات الأخرى الموجهة للباحثين أنهم لم يخبروا جيلسنجر وعائلته بوفاة القرد حتى يتمكنوا من أن يقرروا بأنفسهم ما إذا كان حدثًا لا علاقة له بالتجربة.

لم تكن وفاة جيلسنجر الحدث المأساوي الوحيد في عملية الشفاء الجيني. أدى علاج اضطراب آخر، وهو نقص المناعة المشترك الوخيم (SCID-X1)، بعد فترة وجيزة إلى إصابة خمسة من 20 طفلاً بسرطان الدم، مما أدى إلى وفاة أحدهم. مرة أخرى اتضح أن الجاني هو نظام نقل الجينات. في هذه الحالة، كان مسدس الحقن المجهري عبارة عن فيروس قهقري، وهو نوع من الفيروسات التي تحقن الشحنة الجينية مباشرة في الحمض النووي للخلية. ومع ذلك، فإن المكان الذي يتم فيه إدخال جين الشفاء في الحمض النووي يكون عشوائيًا إلى حد ما، ويحدث أحيانًا أن يقوم الفيروس القهقري بإدخال الحمولة في الجين الورمي، وهو الجين الذي يمكن أن يسبب السرطان في ظل ظروف معينة.

إعادة التفكير

عندما عرف الباحثون عن ميل الفيروس الغدي لإثارة استجابات مناعية مميتة وميل الفيروس القهقري إلى إثارة السرطان، بدأوا في معرفة ما إذا كانت الفيروسات الأخرى لها نتائج أفضل. وسرعان ما ركزوا على اثنين من المرشحين المشتركين المناسبين. يعتمد أول أنظمة نقل الجينات الجديدة على فيروس مرتبط بالفيروس الغدي (AAV) الذي لا يسبب المرض لدى البشر (على الرغم من إصابة معظمنا به مرة واحدة على الأقل). وبما أن الفيروس شائع جدًا، فمن غير المرجح أن يثير استجابات مناعية شديدة. ولهذا الفيروس ميزة أخرى تساعد على تقليل الآثار الجانبية: فهو متوفر في عدة أشكال (أنماط مصلية) وكل منها يفضل أنواعًا معينة من الخلايا أو الأنسجة. على سبيل المثال، يعمل AAV2 بشكل جيد في العين، ويفضل AAV8 الكبد، ويدخل AAV9- إلى أنسجة القلب والدماغ. يمكن للباحثين اختيار أفضل AAV لعضو معين في الجسم، وبالتالي تقليل عدد الفيروسات المحقونة وتقليل خطر الاستجابة المناعية الحادة أو غيرها من النتائج غير المرغوب فيها. علاوة على ذلك، يقوم AAV بتفريغ الشحنة الجينية خارج الكروموسومات، لذلك لا يمكنه التسبب في السرطان بشكل عشوائي من خلال تعطيل الجينات المسرطنة.

تم إجراء أول تجربة سريرية لـ AAV في عام 1996 في علاج التليف الكيسي. ومنذ ذلك الحين، تم التعرف على 11 نمطًا مصليًا للفيروس، وتم خلط أجزاء منها ومطابقتها لتصميم مئات من مركبات التوصيل التي تبدو آمنة وانتقائية. يتم الآن إجراء الأبحاث على العلاج الجيني باستخدام AAV للعديد من الأمراض التي تؤثر على الدماغ، بما في ذلك مرض باركنسون والزهايمر، وكذلك الهيموفيليا، وضمور العضلات، وفشل القلب، والعمى.

ومن المثير للدهشة أن نظام نقل الجينات الثاني يعتمد على نسخة من فيروس نقص المناعة البشرية، وهو الفيروس الذي يسبب مرض الإيدز، مع إزالة بعض جيناته. إذا تم تجاهل الصورة القاتلة لفيروس نقص المناعة البشرية، فإن فوائده في الشفاء الجيني تصبح أكثر وضوحا. ينتمي فيروس نقص المناعة البشرية إلى عائلة معينة من الفيروسات القهقرية، تسمى الفيروسات البطيئة، وهي قادرة على تجنب الجهاز المناعي، وهي خاصية ضرورية للفيروسات القهقرية، والتي عادة لا تزعج الجينات المسرطنة.

وبعد إزالة الجينات التي تجعل فيروس نقص المناعة البشرية مميتًا، ما يتبقى هو غلاف فيروسي «ذو قدرة كبيرة»، كما يقول ستيوارت نايلور، كبير العلماء السابق في جامعة أكسفورد بيوميديكا في إنجلترا، المتخصصة في الأدوية الجينية لأمراض العيون. وعلى عكس فيروس AAV، وهو فيروس صغير، فإن فيروس نقص المناعة البشرية "كبير بما يكفي لحمل العديد من الجينات أو جين واحد كبير"، كما يقول. "إنها غير سامة ولا تخلق رد فعل مناعي مضاد." يتم الآن استخدام الفيروسات البطيئة المهندسة كأدوات في العديد من التجارب السريرية، بما في ذلك علاج حثل المادة البيضاء الكظرية (ALD)، وهو المرض القاتل الذي تم تصويره في فيلم زيت لورنزو عام 1992. وقد تعافى بعض الأطفال الذين تلقوا العلاج بما يكفي للعودة إلى المدرسة.

على الرغم من أن استخدام AAV وفيروس نقص المناعة البشرية في التجارب السريرية آخذ في التوسع، فإن الباحثين يقومون أيضًا بإعادة هندسة وتعديل أنظمة توصيل الجينات القديمة بحيث يمكن استخدامها في ظروف معينة. على سبيل المثال، يقوم العلماء بتطوير فيروسات قهقرية غير متعلقة بفيروس نقص المناعة البشرية والتي تعمل على تعطيل نفسها قبل التسبب في سرطان الدم.

وحتى الفيروس الغدي، وهو الفيروس الذي تسبب في وفاة جيلسنجر، لا يزال يستخدم في التجارب السريرية للعلاج الجيني. وحصر الباحثون استخدامه في مناطق الجسم التي لا يُتوقع أن تثير استجابة مناعية. أحد الاستخدامات الواعدة هو علاج "جفاف الفم" لدى المرضى الذين يخضعون للعلاج الإشعاعي لسرطان الرأس أو الرقبة. يؤدي الإشعاع إلى إتلاف الغدد اللعابية، التي تقع مباشرة تحت سطح الجزء الداخلي من الخد.

يجري الباحثون في المعاهد الوطنية للصحة تجربة سريرية صغيرة تتضمن إدخال جين في الغدد يرمز لبروتين يعمل كقناة لدخول الماء. نظرًا لأن الغدد صغيرة ومحدودة، وعدد الفيروسات المستخدمة في التجربة أقل بـ 1,000 مرة من عدد الفيروسات المستخدمة في علاج جيلسنجر، فإن فرصة حدوث استجابة مناعية مبالغ فيها أقل بكثير. بالإضافة إلى ذلك، فإن الفيروسات التي لا تخترق الخلايا المستهدفة ستصل إلى لعاب المرضى، حيث سيتم التخلص منها عن طريق البلع أو البصق، وبالتالي فإن فرصة "إزعاج" الجهاز المناعي ضئيلة. ستة من أصل 11 شخصًا تلقوا العلاج منذ عام 2006 ينتجون لعابًا أكثر بكثير. ويصف طبيب الأسنان وعالم الكيمياء الحيوية بروس باوم، الذي قاد البحث قبل تقاعده، النتائج بأنها "مشجعة للغاية".

أهداف جديدة

وبتشجيع من النجاحات، انتقل الباحثون الطبيون من علاج الأمراض الوراثية إلى محاولات إصلاح الضرر الجيني الذي يحدث بشكل طبيعي مع مرور الوقت. على سبيل المثال، يستخدم العلماء في جامعة بنسلفانيا العلاج الجيني لعلاج سرطان الدم الشائع في مرحلة الطفولة: سرطان الدم الليمفاوي الحاد (ALL).

يستجيب حوالي 80% من الأطفال المصابين بسرطان الدم الليمفاوي الحاد للعلاج الكيميائي. ويحاول الباحثون الآن اللجوء إلى العلاج الجيني لتشجيع خلايا الجهاز المناعي لدى الأطفال التي لا تستجيب للعلاج، على العثور على الخلايا السرطانية المتمردة وتدميرها.

النهج التجريبي معقد بشكل خاص ويعتمد على تقنية تتضمن التهجين أو الوهم لمستضد مستقبل CAR. مثل الكيميرا في الأساطير اليونانية المصنوعة من حيوانات مختلفة، يتكون كيميرا مستقبل المستضد من جزيئين من الجهاز المناعي غير متصلين بشكل طبيعي. يتم التعبير عن الكيميرا في الخلايا التائية للمريض، ويسمح لها بالتعرف على البروتينات الموجودة في خلايا سرطان الدم بكمية أكبر من الخلايا الطبيعية. يتم إرجاع الخلايا التائية المهندسة والمسلحة بالكايميرا إلى جسم المريض وتدمير الخلايا السرطانية. كان المرضى التجريبيون الأوائل من البالغين المصابين بسرطان الدم المزمن، واستجابوا بشكل جيد للعلاج. التجربة التالية أُجريت على فتاة، وكانت نتائجها فاقت أعنف أحلام الباحثين.

كانت إميلي وايتهيد تبلغ من العمر خمس سنوات في مايو 2010، عندما تم تشخيص إصابتها بسرطان الدم. لم تساعد سلسلتان من العلاج الكيميائي، وفي ربيع عام 2012 خضعت لسلسلة ثالثة. يقول بروس ليفين، أحد الأطباء الذين عالجوها: "لقد تلقت جرعة من العلاج الكيميائي كانت ستؤدي إلى مقتل شخص بالغ، لكنها لا تزال تعاني من نقائل في كليتيها وكبدها وطحالها". وكانت الفتاة على وشك الموت.

أخذ الأطباء عينة دم وعزلوا بعض الخلايا التائية، وتم حقن الخلايا بمضاد للفيروسات يحمل الجينات المناسبة. وبعد بداية صعبة، ولحسن الحظ، استجابت وايتهيد للعلاج، تحسنت حالتها بسرعة. وبعد ثلاثة أسابيع من العلاج، أجرى ربع الخلايا التائية في نخاع العظم التصحيح الوراثي. استقرت خلاياها التائية على الخلايا السرطانية، والتي اختفت سريعًا. يتذكر ليفين قائلاً: "في أبريل/نيسان كانت صلعاء، وفي أغسطس/آب ذهبت إلى يومها الأول في الصف الثاني".

على الرغم من أن الخلايا المهندسة ربما لن تبقى إلى الأبد، وعندما تختفي يمكن للأطباء تكرار العملية، إلا أن الفتاة الجميلة ذات الشعر البني البري ظلت خالية من السرطان لمدة عامين. وأنها ليست وحدها. في أواخر عام 2013، أفادت عدة مجموعات من الباحثين أنهم استخدموا تقنية CAR لعلاج أكثر من 120 مريضًا مصابين بسرطان الدم من النوع الذي يعاني منه وايتهيد وثلاثة أنواع أخرى من سرطان الدم. وقد تراجع المرض لدى خمسة بالغين و22 من أصل 29 طفلاً وأصبحوا الآن خاليين من السرطان.

إلى العيادة

الآن بعد أن أصبح لديهم أنظمة آمنة لنقل الجينات الفيروسية، فإن خبراء العلاج الجيني على وشك مواجهة التحدي الأكبر الذي يواجهه أي دواء جديد: الحصول على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA). تتضمن هذه المرحلة الشاقة المرحلة الثالثة من التجارب السريرية، والتي تستمر من سنة إلى خمس سنوات (تختلف الأوقات بشكل كبير) ومن المفترض أن تقيس فعالية العلاج في مجموعات أكبر من المرضى المتطوعين. وفي نهاية عام 2013، وصل حوالي 5% من حوالي 2,000 تجربة سريرية في العلاج الجيني إلى المرحلة الثالثة. أحد هذه العلاجات التي اقتربت من الهدف هو علاج مرض تنكس العين الوراثي (LCA)، وهو المرض الذي حرم الطفل من بصره. حتى الآن، تم إدخال الجينات التصحيحية في عيون بضع عشرات من المرضى، ويمكن لجميع المرضى الآن الاستمتاع ببهجة العالم.

وكانت الصين أول من وافق في عام 2004 على العلاج الجيني لسرطان الرأس والرقبة. وفي عام 2012، وافقت أوروبا على استخدام عقار جلايبيرا لعلاج العلاج الجيني في حالات النقص العائلي لإنزيم البروتين الدهني الليباز. يتم حقن نسخ نشطة من الجين الطافر المعبأ في AAV في عضلات الساق. وتجري شركة UniQure الهولندية مفاوضات أولية مع إدارة الغذاء والدواء بشأن الموافقة على الدواء في الولايات المتحدة. إحدى العقبات المحتملة في الطريق هي سعر جرعة علاج واحدة: 1.6 مليون دولار. لكن السعر قد ينخفض ​​بعد تطوير إجراءات أكثر كفاءة.

كما هو الحال مع العديد من التقنيات الطبية، فإن الطريق إلى تحقيق الشفاء الجيني الناجح، والذي مستمر منذ عدة عقود، كان ولا يزال مليئًا بالمزالق ولم ينته بعد. ومع ذلك، مع تراكم قصص النجاح مثل قصص كوري هاس وإيميلي وايتهيد، فإن العلاج الجيني سوف يكون علاجاً مقبولاً لبعض الأمراض وخياراً علاجياً واعداً لأمراض أخرى.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________

عن المؤلف

ريكي لويس (لويس) مراسل علمي حاصل على درجة الدكتوراه في علم الوراثة. كتبت العديد من الكتب الواقعية والعديد من المقالات في الصحف وكتاب: "إصلاح العوالم: شفاء الجينات والصبي الذي أنقذه" (منشورات سانت مارتينز، 2012)

باختصار

أثارت الإثارة المبكرة بشأن تجارب العلاج الجيني في التسعينيات توقعات غير واقعية حول إمكانية استخدام هذه التكنولوجيا في البشر.

وبعد عدة إخفاقات مأساوية، خصص الباحثون عدة سنوات لتحسين فهم علم الأحياء الأساسي والتقنيات المستخدمة في هذا المجال.

علاجات جديدة وأكثر أمانًا على وشك الدخول إلى العيادة. وافقت أوروبا على استخدام العلاج الجيني في عام 2012. ومن المرجح أن تحذو الولايات المتحدة حذوها في عام 2016.

خياران لنقل الجينات

بالإضافة إلى حقن الفيروسات مباشرة في المرضى، يمكن للباحثين جمع الخلايا من الجسم، وحقنهم بالفيروسات التي تحمل جين الشفاء، وحقن الخلايا المهندسة مرة أخرى. وبما أن المعلومات الوراثية المصححة موجودة في الحمض النووي للخلايا، فسيتم تمرير التصحيح إلى جميع الخلايا الوليدة التي تم إنشاؤها.

زيادة السلامة

يقلل الباحثون من خطر التسبب في السرطان أو هجوم خطير على الجهاز المناعي عن طريق اختيار نوع الفيروسات التي يستخدمونها بعناية، أو الحد من عددها أو الحد من الأنسجة المعالجة.

والمزيد حول هذا الموضوع

العلاج الجيني لاعتلالات الشبكية الموروثة: طريق طويل وناجح من النواقل الفيروسية إلى المرضى. باسكوالينا كوليلا وألبرتو أوريتشيو العلاج الجيني البشري, المجلد 8، العدد 23، الصفحات 796-807؛ أغسطس 2012. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22734691

موقع العلاج الجيني التابع للمعاهد الأمريكية للصحة:

فيديو رسوم متحركة حول شفاء جينات الكبد في النسخة الإلكترونية للمقال على موقع ساينتفيك أمريكا إسرائيل، www.sciam.co.il

تم نشر المقال على موقع ساينتفيك أمريكان إسرائيل