Bob Williamson AO, FRS Medikal Genetik Profesörü Melbourne Üniversitesi, Melbourne, Avusturalya

Transkript

1 Kistik Fibrozis İçin Gen ve Hücre Tedavisinde Yeni Gelişmeler Bob Williamson AO, FRS Medikal Genetik Profesörü Melbourne Üniversitesi, Melbourne, Avusturalya Kistik fibrozis geni (CFTR) 1989 da Lap Chee Tsui ve arkadaşları tarafından sonunda izole edilip tanımlandığında, herkes hastalığı tedavi etmek için genin normal bir kopyasını kullanmanın kolay olacağını düşündü. İnsan vücudunun, diğer hayvan ve bitkilerden gelen gen istilasından korunmak için, dışarıdan gelen genlerin birleşmesini çok güçlü bir şekilde karşı duracağını fark etmemiştik. Bir çok grubun normal CFTR genini kistik fibrozisli hastaların hücreleri içine taşımak için virüs ve yağ kullanma çabalarına karşın, bu yeni tedavi şeklini henüz geliştiremedik. Bunu söylemişken, sadece yaşam beklentisinde değil ama kistik fibrozisli birçokları için daha iyi yaşam kalitesinde, 20 yıl öncesine göre şimdi bu tedavinin çok daha iyi olduğunu biliyoruz. İnanıyorum ki, önümüzdeki birkaç yıl içinde gen ve hücre tedavisini göreceğiz ama hemen değil. İlaç gelişimi çalışan herkes bilir ki yeni bir ilacın düşüncesinden ürünün satışına kadar geçen süre yirmi yıl civarındadır, bu nedenle ilerleyişteki bu yavaş gidişe şaşmamak gerekir. Bilim adamları ve doktorlar, aynı hastalar gibi, yeni düşüncelere heyecanlanır ve ilacın işlediğinin kanıtlanmasının, en iyi dozun bulunmasının, yüksek ve düşük derecelerde ve nemli ve kuru durumlarda ne kadar sağlam kalacağının tanımlanmasının ve en önemlisi güvenli olduğunun kanıtlanmasının alacağı zamanı unutur. Bu zaman cetveli, tedavide gen ve kök hücre kullanımındaki yeni öneriler için de geçerlidir. İnanıyorum ki önümüzdeki birkaç yıl içinde gen ve hücre tedavisini göreceğiz ama hemen değil. Gen tedavisindeki ilk denemeler onko-retrovirüsleri (fare kanser virüslerini temel alarak) ya da adenovirüsleri (insan nezle virüslerini temel alarak) kullandı. İmmünyetmezliği olan çocukların tedavisinde kullanıldığında, retrovirüslerin kanser yaptığı gösterildi ve bunun kistik fibrozisde olmayacağını düşünmemiz için nedenler olsa da, her şekilde akciğerleri bu virüsle enfekte etmek çok zor olacaktı. Amerika Birleşik Devletleri nde iki grup akciğeri sıralayan hücrelerin içine CFTR genini taşımak için adenovirüsleri kullandı. Denemeler başarısızde ve bazı kistik fibrozisli hastalarda dozlar yükseltildiğinde adenovirüsler sorun yarattı. Adenovirüslere bağlı komplikasyonlar bir başka hastalık için olan denemede trajik bir ölüme neden oldu.

2 Her durumda, virüsler tarafından hücre içine taşınabilecek olan kistik fibrozis geninin normal kopyası çok küçüktür ve düzenleyici alanlar olmadan sadece kod sırasını ya da protein için direktifleri içerir. Bu bir arabaya fren ya da hızlandırıcı olmadan sadece belli bir hızda öne gidebilecek bir motor koymaya benzer. Aynı zamanda, Londra daki gruplar (St Mary s ve Brompton Hastanesi) burun ve üst hava yollarını kaplayan hücrelerein içine geni taşımak için viral olmayan yağlı kaplamalar kullanarak CFTR gen tedavisini denediler. Bunun güvenli olduğunun gösterilmesine karşın, hücrenin hava yolu yüzeyinden tuz ve su taşıyarak kistik fibrozis hatasını düzeltme yeteneğindeki iyileşme, az, etkisiz ve kısa süreliydi. Şimdi, on yıl sonra, gen ve hücre tedavisi alanında yeniden hareketlenme vardır. Farklı ülkelerde birçok grup tarafından yürütülen bu denemelerden sonra, daha fazla başarı sansıyla ileri gitmede yeni yollar geliştirmek için zor işin çoğu hastalardan hayvan ve hücre modelleri ile laboratuarlara kaydı. Şimdi, on yıl sonra, gen ve hücre tedavisi alanında yeniden hareketlenme vardır. YENİ ADENOVİRÜS VE AAV YAKLAŞIMLARI Adenovirüsler ile olan ilk deneyler, akciğer hücrelerine CFTR transferi etkisiz olduğu ve hala virüs proteinleri yapan virüs genlerin süregelen ekspresyonları inflamasyon ortaya çıkardığı için problemlere neden oldu. Bu problemleri çözmek için hiç viral geni olmayan yeni adenovirüsler planlandı (bunlar laboratuarda eksik işlevleri tamamlayan ama son üründe yer almayan yardımcı virüsleri olan hücreler kullanılarak yapıldı). Hücrelerin içine genleri taşımak için, CFTR geni üzerinde virüs sinyallari yerine insan başlangıç ve biriş sinyallari ile birlikte, bu yeni araçlar kullanıldığında çok daha iyi sonuçlar elde edildi. Fare modellerinde burun ve akciğer hücrelerinde olur ise az yangı ve CFTR ın uzun süre ekspresyonu ile sonuçlandı. Bu umut verici sonuçların, hala, akciğerin tüm alanlarına fazla miktarda virüs ulaştırmanın sorun olduğu insan denemelerinde yinelenmesi gerekecektir. Ayrıca, virüsü kaplayan proteinlere karşı immün yanıt ortaya çıkma olasılığı vardır ki bu durumda sadece bir doz verilebilir.

3 Hastalık yapmıyor gibi görünen birkaç virüsten biri adeno-ilişkili virüs ya da AAV dir. Genellikle çoğalmak için adenovirüse gereksinimi olan küçük bir virüstür ve DNA sını insan genomu içinde kromozom 19 üzerindeki özel bir bölgeye birleştirmek olan ilginç bir özelliği vardır. Bu değerlidir. Çünkü CFTR geninin nereye girdiğini bilirsek, mesela, rahatsız edilince kansere neden olacak genlerden uzak olduğundan oldukça emin olabiliriz Ancak, DNA sı içinde insan geni taşırken bu bölge ile birleşme yeteneğini kaybeder. AAV nin yüksek güvenlik kaydı, onu kistik fibrozisde kullanmak için cezbedici bir vektör yapmaya devam ediyor. AAV, yaklaşık 200 kistik fibrozisli kişi ile yapılan klinik çalışmalarda, geni güvenli biçimde taşıdı, ancak maalesef ekspresyon uzun sürmedi ve tekrarlayan dozlar etkili olmayacak gibi görünüyor çünkü hastalar virüsü kaplayan proteinlere karşı reaksiyon geliştirdi. Gen tedavisi bu düş kırıklığına uğratıcı sonuçlar nedeni ile yavaşlamış olsa da, etkinliğin arttırılması ya da güvenli bir bölgeyle birleşmesinin sağlanması koşulu ile AAV nin yüksek güvenlik kaydı, onu kistik fibrozisde kullanmak için cezbedici bir vektör yapmaya devam ediyor. Farklı kapları olan bazı daha yeni AAV vektörleri (serotipler) akciğer hücrelerine çok daha etkin gen transferi yapıyor görünmekte. LENTIVIRUS YAKLAŞIMLARI En iyi bilinen lentivirüs AIDS yapandır. (HIV gibi lentivirüsler aynı zamanda retrovirüslerdir ama yukarıda tartışılan onko-retrovirüslerden oldukça farklıdırlar). Açık olarak, yıkıcı bir hastalığa neden olabilecek herhangi bir virüsün kullanımına, vektörün güvenli olduğundan emin olmak için büyük bir dikkat ile yaklaşılmalıdır. Ancak, CFTR genini taşıyan lentiviral vektörlerin bir büyük avantajı vardır, o da akciğer hücrelerini adenovirüsler ya da onco-retrovirüslerden çok daha etkin enfekte etmeleridir. (Birçok virüs sadece bölünün hücreleri enfekte eder ve akciğer hücreleri çok yavaş bölünür). Lentivirüsler tam boy CFTR genini almak için yeterince büyük olmasa da, kontrol bölgeleri ile birlikte genin, test edilen diğer virüslerden çoğundan daha fazlasını alırlar. CFTR geni kültürdeki kistik fibrozis hücrelerine taşındıktan sonra iyon taşımadaki bozukluğun düzeltildiği gösterilmiştir, ancak güvenlik konusunda garantilerin gerekmesi klinik denemelerin henüz başlamadığı anlamına gelmektedir. İnsan HIV si kullanmak yerine, laboratuarlar şimdi kedi ve dağ sıçanı lentivirüslerlerinden diziler ile deneyler yapmaktalar ancak bunların insanlara daha düşük mü yoksa yüksek mi risk oluşturacağı açık değildir (daha ölümcül olabilirler çünkü insan hücreleri onlar ile daha önce hiç enfekte olmamıştır ve hiç direnme mekanizmaları yoktur). Virüslerden farklı olarak, lipozomlar oldukça inerttir ve geniş güvenlik sınırlarına sahiptirler, VİRAL OLMAYAN GEN TAŞIMA Lipozomlar, genler etrafına sarılabilen ve onları hücre içine taşıyan yıkılabilir doğal yağ paketleridir. İlk olarak 1995 de Londra da kistik fibrozis klinik denemelerinde kullanıldılar ve güvenli ancak çok etkisiz oldukları kanıtlandı. İngiltere deki CF Trust, Kistik fibrozis genini hücrelerin içine hızlı ve güvenli bir şekilde alabilecek yeni lipozomların gelişimine büyük miktarda çaba harcama kararı verdi. Bir zorluk, geleneksel lipozomların

4 sadece küçük DNA parçalarının çevresine sarılabilmeleri ancak daha yeni lipidler tüm geni, kontrol dizilerini ve tümünü insan hücresi içine karışık olmayan bir durumda alabilirler. Virüslerin tersine, lipozomlar oldukça eylemsizdirler ve geniş güvenlik sınırları vardır ve (virüslerin tersine) üst üste kullanıldıklarında etkinliklerini kaybetmiyor görünmektedirler. İngiltere deki klinik deneyler önümüzdeki yıl ilerleyecek gibidir. Bugün kistik fibrozis ile doğan bir kişinin 40 lı hatta 50 li yaşlara kadar yaşama olasılığı vardır, bu nedenle erken çocukluk dönemindeki deneysel çalışmalar tamamen risksiz olmalıdır. FÖTAL GEN TEDAVİSİ Gen tedavisi için temel sorunlardan biri zamanlamadır. İdeal olarak, akciğeri tedavi etmeye çalışan her tedavi şekli, akciğerlerin henüz enfekte olmadığı ve hasar görmediği zaman olan doğumda olmalıdır. Ancak, Bugün kistik fibrozis ile doğan bir kişinin 40 lı hatta 50 li yaşlara kadar yaşama olasılığı vardır, bu nedenle erken çocukluk dönemindeki deneysel çalışmalar tamamen risksiz olmalıdır. Bir Imperial Kolej Londra grubu, hayvan modelleri kullanarak, gen tedavisinin geç fötel hayat sırasında verildiğinde (intrauterin sekiz ay eşdeğeri) doğumdan sonra da çalışabileceğini göstermiştir ancak insanlarda denenmeden önce fötal tedavinin güvenli olduğu gösterilmelidir. KÖK HÜCRELER Herkes, her yerde, şimdiye kadar kök hücreleri duymuştur. Kök hücrelerin elde edilişi ve kullanılışı bazı bilim adamları ve hastalar için büyük etik tartışmalara neden olurken bazıları kistik fibrozisi tedavi etmek için olan her doğal yaklaşımın izlenmesi gerektiğini öne sürer. Embryonik kök hücreler için etik tartışmaya girmeyeceğim ama kök hücre tedavisine bir yaklaşımın ( somatik hücre nükleer transfer ya da terapötik klonlama) kistik fibrozis için özellikle önemli olduğunu açıklayacağım. Her birimiz bir sperm ve yumurtadan oluşan tek bir kök hücre olarak başladık. Döllenme sonrasında, bu kök hücre vücuttaki tüm dokuları oluşturur ve gelişen fetus ve yeni doğmuş bebekte, akciğer de dahil olmak üzere, vücuttaki neredeyse her dokuda birçok kök hücre vardır. Ancak şu anda tıpta kullanmayı en iyi bildiğimiz kök hücreler, kemik iliğinde olup kandaki beyaz küre ve eritrositleri oluşturanlardır. Kemik iliği naklinde (lösemi ya da orak hücreli anemisi olan bir çocuk için) bir akraba ya da eşleşmiş vericiden olan bu kök hücreler, çocuğun kendi kök hücrelerinin yerine geçip tamamen yeni bir kan hücre seti oluşturabilirler. Ayrıca, hastalardan alınan kök hücreleri yanıkların tedavisinde (deri greftlerine alternatif olarak) ve kök hücreleri göz hastalıklarını tedavi etmede (çünkü göz yabancı cisimleri kemik iliği ya da akciğerde olduğu kadar aktif reddetmez) kullanmak için geliştirilmekte olan tedaviler vardır. Bu çekicidir, çünkü bu hücreler etkilenmiş kişiden geldikleri için reddedilmeyeceklerdir Tabi ki, kistik fibrozisli bir kişi vücudundaki her hücrede CFTR geninde aynı genetik yanlışı taşır. Kistik fibrozisli bir kişiden kök hücre alıp onu bir akciğerinde kullanmaya çalışmanın anlamı yoktur çünkü hala kistik fibrozisi olacaktır. Ancak, kök hücrelerdeki mutasyonun test tüpünde düzeltilip, düzeltilmiş hücrelerin tekrar akciğerler içine koyulmasının olasılığı var mıdır? Bu çekicidir çünkü bu hücreler, etkilenmiş kişiden

5 geldikleri için, reddedilmeyeceklerdir. San Francisco ve Roma daki gruplar kök hücrelerdeki kistik fibrozis mutasyonunu düzeltip hücreleri hastaya geri koyulabilecek kadar sağlıklı ve uygun bırakıp bırakamayacaklarını görmeye çalışıyorlar. Bu yaklaşımın bir hücre bankası ya da embryodan kök hücre almaktan daha çok çalışması beklenir çünkü ilişkisiz bir kişiden alınacak hücreler güçlü immun baskılayıcı ilaçlar kullanılmadığı durumda reddedileceklerdir. Eğer bir hastadan alınacak kök hücre içindeki kistik fibrozis defektini düzeltmek mümkün olsa, yeni ve heyecan verici bir olasılık doğar. Bir hastadan akciğer kök hücreleri elde etmenin en kolay yolu olasılıkla, hastanın cilt hücrelerinden alınan DNA nın tüm genleri çıkarılmış bir yumurta içine konduğu somatik hücre nükleer transferi ya da terapötik klonlama yoluyladır. Önce Kistik fibrozis hücreleri olacak kök hücreler önce laboratuarda geliştirilip sonra düzeltilebilir! Fransa ve Küzey Carolina daki araştırmalardan biliyoruz ki bu tip hücreler akciğer epitelyal hücrelerini oluşturacak yola itilebilir. Bu Amerika, İngiltere ve bir çok Avrupa ülkeleri ile Avusturalya da kanunlara uygun olsa da, herkes için etik olarak kabul edilebilir değildir. Bir hastadan alınan kök hücre, bir yumurta ve spermin birleşmesi sonucunda değil ama hastanın vücut hücrelerinden yapılacağı için embryo olamayacağını öne sürerdim ama biliyorum ki herkes bu konuda benimle aynı düşüncede değil....amniyon sıvısı ve kord kanı. Bunlarda kolayca çoğalabilecek ve epitelyum oluşturabilecek çok erken kök hücreler var gibi görünmektedir ERİŞKİN KÖK HÜCRELER Fetusta bebekten ve bebekte de erişkinden daha fazla kök hücre vardır. Kafa karışıtırıcı olarak, bunların herhangi birinden olan kök hücrelere erişkin kök hücreler denir. Çünkü embriyodan gelmezler. Zamanda geri gidilince sadece daha fazla sayıda değildirler ama ayrıca daha çok şey yapabilirler; daha pluripotent tirler (birçok farklı tipte hücre yapabilirler). Yeni çalışılmaya başlanan bir hücre kaynağı plasenta ve onunla ilişkili amnion sıvısı ve kord kanıdır. Bunlarda kolayca çoğalabilen ve epitel yapabilen çok genç kök hücreler var gibi görünmektedir ama kistik fibrozisli hastalarda kullanılmadan önce reddedilmeyeceklerini bilmemiz gerekecektir. Akciğer kök hücreleri hiçbir zaman büyük sayılarda izole edilemediler ve az anlaşıldılar. Çünkü akciğer yapılanmış bir doku (gevşek hücrelerden oluşan bir torbaya benzeyen kemik iliğinin tersine) olduğundan kök hücreler tedavi için vücudun dışına çıkarılamaz. Akciğer ayrıca havayolundan canlı hücreler almaya karşı iyi korunur ve hala hücrelerin, kan akımı yolu ile kistik fibrozisli akciğerin hasan görmüş alanlarına girip giremeyeceği açık değildir. Laboratuarda doğru işlenirse kemik iliğinden alınan hücrelerin akciğer hücreleri oluşturabileceği yönünde umut vardır ve embryodan gelen kök hücreler kesinlikle akciğer hücreleri oluşturabilir. Ancak, herkesin üzerinde anlaşması gereken bir sonuç, kistik fibrozisde kök hücre tedavisi gerçeklik haline gelmeden önce güvenirlik ve güvenliğin kanıtlanması için daha çok işin yapılması gerekeceğidir. BİRLEŞİMLE, BİRLEŞİMLER Son yıllarda tıptaki en önemli gelişmelerden biri genelde birkaç yaklaşımın birlikte kullanımının tek başına bir tedaviden daha iyi çalıştığının gösterilmesidir (ya da bir arkadaşımın dediği gibi mucizeler o kadar da sık olmuyor! ). Ben dahil birçoğumuzun

6 yirmi yıl önce yaptığı hata gen tedavisinin tüm diğer tedavi ilerlemelerinin(antibiyotik, fizyoterapi, diyet vs) yerini alacak bir iyileştirme olacağını varsaymaktı. Gen tedavisi ve hücre tedavisinin diğer yaklaşımların yanında yerini alacağını düşünüyorum. Eğer gen ya da hücre tedavisi sadece küçük bir ilerleme sağlasa bile, yakında önümüzdeki on yılda kistik fibrozisle doğan kişiler için iyi bir yaşam kalitesi ile birlikte ortalama yaşam beklentisi olarak 50 ya da 60 tan söz edeceğiz. Ne kadar güzel olur değil mi! KAYNAKLAR Son dönemdeki gelişmelerin daha ayrıntılı bir açıklmaasını isteyenler için yakın zamanda yayınlanan dört kapsamlı derleme oldu. Bilim adamları ve doktorlar için yazılmışlardır ama kistik fibrozisli birçok kişi ve onların aileleri ile arkadaşlarının onların açıkladığı karışık tartışmayı izleyebileceklerini deneyimlerimden biliyorum. Gen Tedavisi: Novel Molecular Approaches to CF Gene Therapy, by Tim Lee, David Matthews and Eric Blair appeared in the Biochemical Journal, volume 387 (2005) 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) 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) It covers viral approaches to gene therapy, in particular those based on adeno-associated virus. Hücre Tedavisi: 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) The U.S. Cystic Fibrosis Foundation in part, supported this very comprehensive review. Translated by: Hasan Yuksel Website/profile: Celal Bayar Uni Dept of Pediatric Allergy and Pulmonology (cocukalerjiklinigi.com) hyukselefe@hotmail.com