مروری بر ژن درمانی

[Helena.M]

ژن درمانی (Gene Therapy) بسیاری از صاحب‌نظران از سدة حاضر به‌عنوان سدة مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی یاد می‌کنند. به اعتقاد بسیاری از دانشمندان، تولد ژن‌درمانی در اوایل دهه ۱۹۹۰، یک رخداد بزرگ و انقلابی بود که چشم‌انداز جدیدی را در عرصه پزشکی مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا برای نخستین بار در تاریخ علوم زیستی، کاربرد روش‌ها و فنون بسیار حساس و جدید جهت انتقال ژن‌های سالم به درون سلول‌های بدن و تصحیح و درمان ژن‌های جهش‌یافته و معیوب، پنجره‌ای نو به سوی مبارزه جدی، اساسی و علّی (نه معلولی و در سطح فرآورده‌های ژنی) با بسیاری از بیماری‌ها گشوده‌است. ژن‌درمانی، در واقع انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول‌های یک موجود برای مقاصد درمانی می‌باشد که به روش‌های متفاوت و متنوع (فیزیکی، شیمیایی و زیستی) صورت می‌گیرد.
اولین تلاش‌ها در زمینه‌ی ژن درمانی برای درمان یک بیماری بسیار نادر وراثتی به نام بیماری نقص مختلط حاد ایمنی Severe Combined Immuno Difeiciency (SCID) صورت گرفت.
به چند دلیل SCID کاندیدای خوبی برای درمان از طریق ژن درمانی بود:
-1 برای این بیماری درمانی وجود نداشت.
2-SCID نتیجه‌ی تغییر ژن خاصی است که از پیش ایزوله و کلون شده بود بنابراین برای استفاده در ژن درمانی فراهم بود.
3- سلول‌هایی که هدف درمان‌اند، لنفوسیت‌ها، به راحتی قابل استخراج و کشت در محیط آزمایشگاه بودند و همچنین بعد از اصلاح ژنتیکی، آن‌ها را می‌توان مجدداً به جریان خون بازگرداند.
علیرغم اینکه در حال حاضر ژن‌درمانی، روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی نیاز دارد، اما به‌زودی از این روش در مورد طیف بسیار وسیعی از بیماری‌ها استفاده خواهد شد. همچنین شواهد فزآینده و امیدبخشی وجود دارد که استفاده از روش‌های پزشکی مولکولی، در آینده‌ای نه چندان دور و در مقایسه با وضع کنونی، صدها بار هزینه‌های درمانی را نیز کاهش خواهد داد.
تعدادی از بیماریهای مهم انسان در اثر ناتوانی بدن در ساختن پروتئین بخصوصی ایجاد می‌شود که معمولاً در بافت یا عضو خاص یا در مایعات بدن مانند خون اتفاق می‌افتد و این امر می‌تواند سبب بیماری شدیدی شود که در تمام طول عمر شخص همراه او خواهدبود. بسیاری از بیماریهای ژنتیک از این جمله است مانند: آنمی سیکل سل، هموفیلی، دیسترفی عضلانی دوشن (‏DMD‏)، تالاسمی و غیره.
اولین وعدة زیست فناوری (بیوتکنولوژی) جداکردن و تولید این پروتئینها از طریق مهندسی ژنتیک و فناوری نوترکیبی بود تا آنها را در اختیار بیمارانی قراردهد که فاقد آن پروتئینها بود. حال اگر این پروتئینها به‌صورت داروهای خوراکی استفاده می‌شد هضم شده و بی اثر می‌گشت. برخی از محصولات به‌ وسیله تزریق به بدن می‌رسید، تزریقهای مکرری که روزانه، هفتگی یا ماهیانه یا توسط خود بیمار انجام می‌شد(مثل انسولین) یا توسط پزشک. اما این کارهم خالی از اشکال نبود، زیرا بسیار سخت است که سطح مناسبی از دارو( پروتئین ) را در فواصل بین تزریقها برقرارکرد. از طرفی برخی سلولها نظیر سلولهای مغزی به علت وجود سد خونی مغزی ( ‏BBB‏ ) ممکن است نتوانند مقدار مناسبی از دارو را دریافت کند.
با ظهور ژن درمانی امیدهای تازه ای برای این بیماران فراهم شده است. ژن درمانی تحویل خودِ پروتئینِ درمانی نیست بلکه ژن آن پروتئین را تحویل بیمار می‌دهد. این ژن وارد سلولهای بدن شده و آنها را به کارخانه‌های کوچکی تبدیل می‌کند که پروتئین موردنیاز بیمار را تا مدتی طولانی برایش می‌سازد.
کشف بسیاری از ژن‌های بیماری‌زای مهم در آینده نزدیک، کاربرد روش‌های متنوع و بی‌سابقه غربال‌سازی ژنتیکی و پیشگویی‌های بسیار دقیق پیرامون تعیین سرنوشت جنین از نظر بیماری‌های ژنتیک پیش و پس از تولد، از دیگر قابلیت‌های مهندسی ژنتیک و ژن‌درمانی است. پژوهشگران با انجام تحقیقات گسترده بر بسیاری از محدودیت‌های موجود در زمینه ژن‌درمانی فائق آمده‌اند. همچنین در زمینه هدف‌گیری بسیار اختصاصی سلول و انتقال ژن یا DNAی برهنه به درون آن- به عنوان دارو- پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده‌است.
وارد کردن یک ژن به داخل سلولهای پیکری ممکن است به 3 منظور لازم باشد
• ژن درمانی قادر به جبران کردن یک ژن جهش یافته سلولی که نوعی جهش از دست دهنده عملکرد دارد، بکار برود. مثلا برای درمان بیماری مغلوب اتوزومی فنیل کتونوریا.
• ژن درمانی را برای جایگزینی یا غیر فعال کردن یک ژن جهش یافته غالب که فرآورده غیر طبیعی آن موجب بیماری می‌شود انجام داد مانند بیماری هانتیگتون.
• گسترده‌ترین کاربرد احتمالی ژن درمانی در رسیدن به اثری فارماکولوژیک ، جهت مقابله با آثار یک ژن یا ژنهای جهش یافته سلولی یا مقابله با ایجاد بیماری به طریق دیگر باشد. مبتلایان به بیماری اکتسابی از جمله سرطان ، از این روش بهره می‌برند
احتمالا ژن درمانی برای هر کسی مناسب نخواهد بود؛ و مطالعات کاملتری لازم است تا بدانیم چه کسانی بیشترین منفعت را از ژن درمانی میبرند. احتمالا بیماران پارکینسونی که در مراحل اول بیماری قرار دارند و هنوز سلولهای عصبی تولید کننده دوپامین زیاد تخریب نشده اند، و نیز آنهایی که علائمشان بخوبی با داروهای موجود کنترل نشده است و یا با داروهای فعلی دچار عوارض شدیدی نظیر حرکات غیر ارادی یا دیسکینزی (Dyskinesia) می شوند کاندیدهای بهتری برای ژن درمانی خواهند بود.ژن درمانی احتمالا در افراد دچار افسردگی شدید، زوال شدید ذهنی و جنون یا سایکوز (Psychosis) روش مناسبی نخواهد بود. گذشته از اینکه عامل بیماری پارکینسون ژنتیک باشد یا نه، بیماران ممکن است از ژن درمانی سود ببرند.

[Helena.M]

حداقل شرایط لازم برای ژن درمانی اختلال ژنتیکی
1. شناسایی جایگاه ژنی درگیر یا حداقل اساس بیوشیمیایی آن اختلال.
2. بار قابل توجه تبادل توجه بیماری و نسبت مطلوب خطر.
3. داشتن فایده در مقایسه با درمانهای دیگر.
4. آگاهی کافی از اساس مولکولی بیماری.
5. اجزای تنظیم کننده مناسب برای ژن انتقال یافته.
6. یک سلول هدف مناسب با نیمه عمر ترجیحا طولانی یا قابلیت همانند سازی خوب در داخل بدن.
7. اطلاعات کافی از مطالعات سلولهای کشت داده شده.
خصوصیات ژن انتقال یافته
یک ژن انتقال یافته اکثرا از یک DNA مکمل تحت کنترل توالی پیشبری که ممکن است، لزوما پیشبر طبیعی ژن نباشد تشکیل شده است. عناصر تنظیم کننده باید طوری انتخاب شوند که ژن در سطوح کافی در سلولهای هدف رونویسی شود و در صورت لزوم به پیامهای تنظیم کننده ضروری پاسخ دهد.
خصوصیات سلول هدف
یکی از ملاحظات مهم در انتخاب سلول هدف مناسب این است که نیمه عمر طولانی در بدن یا قابلیت همانند سازی چشمگیر داشته باشد تا اثر زیستی انتقال ژن واجد دوام لازم باشد. سلولهای هدف ایده‌آل ، سلولهای بنیادی یا سلولهای اجدادی با قابلیت همانند سازی بالا می‌شوند که از آنها می‌توان به سلولهای بنیادی مغز استخوان اشاره کرد. همچنین سلولهای آندوتلیال ممکن است اهداف بویژه مفیدی برای انتقال ژن باشند. زیرا دیواره‌های عروق خونی را مفروش می‌کنند. سلول هدف باید پروتئینها یا لیگاندهای دیگر لازم برای فعالیت زیستی را نیز فراهم کند.
روشهای انتقال ژن
1. روش اول
وارد کردن ژن به داخل سلولهای کشت داده شده از بیمار در خارج بدن و سپس وارد کردن سلولها به بدن بیمار پس از انتقال ژن است.
2. روش دوم
روش دوم ، تزریق کردن مستقیم ژن به داخل بافت یا مایع خارج سلولی مورد نظر از طریق ناقلهای ویروسی و ناقلهای غیر ویروسی است. فناوری ناقلهای غیر ویروسی ، هنوز در مراحل مقدماتی است.

الف) ناقلهای ویروسی
ناقل ایده‌آل برای ژن درمانی باید بی‌خطر باشد، به راحتی ساخته شود، به آسانی وارد بافت هدف گردد، بروز مادام‌العمر ژن مورد نظر در سطوح مناسب را فراهم کند. از انواع این ناقلها می‌توان به رترو ویروسها و آدنوویروسهااشاره کرد. از مزایای ناقلهای ویروسی این است که قادرند وارد هر سلولی در جمعیت هدف شوند.
ب )ناقلهای غیر ویروسی
اساسا جذاب هستند، زیرا فاقد مخاطرات زیستی (مانند آلودگی) مربوط به ناقلهای ویروسی هستند و تهیه آنها از نظر تئوری راحت‌تر است. این ناقلها 4 دسته هستند.
DNA- برهنه ، مثلا DNA مکمل با عناصر تنظیم کننده در پلاسمید.
DNA- برهنه ، بسته بندی شده در لیپوزمها.
-پروتئین که در آن DNA با پروتئینی مجموعه تشکیل می‌دهد و این پروتئین ورود مجموعه به داخل سلول یا بخشهای اجزای سلولی را تسهیل می‌کند.
-کروموزومهای مصنوعی.
مخاطرات ژن درمانی
1-بیمار می‌تواند واکنش نامطلوبی به ناقل یا ژن انتقال یافته بدهد.
2-ژن انتقال یافته در DNA بیمار جای می‌گیرند و پروتوانکوژنی را فعال یا یک ژن سرکوب کننده تومور را غیر فعال می‌کند که موجب بدخیمی می‌شود.
3-فعال شدن درجی می‌تواند انسجام یک ژن ضروری را از بین ببرند.
بیماریهای نامزد ژن درمانی
تعداد زیادی از اختلالات تک ژنی ، نامزدهای بالقوه برای اصلاح از طریق ژن درمانی هستند. اینهاشامل اختلالات خون سازی مانند تالاسمی ، هموفیلی ، انواع گوناگون کمبود ایمنی و نیز اختلالاتی مانند فنیل کتونوریا ، کمبود α1- AT که هر یک بر پروتئینهایی که در کبد ساخته می‌شوند، موثر هستند.
هدف ازژن تراپی:
1-شناخت اهمیت و استفاده / سوء استفاده از ژن درمانی است.
2-تعریف در زمینه تئوری و روش های آن.
3-پرداختن به کاربردهای بالقوه بالینی، محدودیت ها، و جهت گیری های آینده.
کاربرد ژن درمانی:
الف. مدیریت و اصلاح بیماری های انسان بصورت اختلالات ارثی ویا اکتسابی
ب. سرطان
ج. AIDS / HIV
امید پیشرفت در طی دو دهه اخیر در تکنولوژی DNA نوترکیب است.
1. موفقیت های اخیر در درمانSCID.
(تا همین اواخر) اثر بخشی در هر پروتکل ژن درمانی قطعی نیست.زیرا
1. کاستی ها در وکتورهای انتقال ژن.
2. درک ناکافی از فعل و انفعالات بیولوژیکی وکتور و میزبان.
وکتورهای برای انتقال ژن:
Retroviruses: نامزدها مناسب اند و به طور گسترده ای استفاده می شود.
دارای دامنه گسترده مانند سلولهای مغز استخوان ،فیبروبلاست ،عضلانی ...
معایب : گنجایش محدود ژن 8-9 kb
- قرار دادن مواد ژنتیکی به DNA میزبان است.
- وارد کردن ممکن است یک ژن میزبان را مختل کند.
- وارد کردن ممکن است در منطقه ای که تولید نمی کند
بسیار زیادی از پروتئین مورد نظر
- می تواند پاسخ ایمنی را آغاز کند.
هرپس ویروس : DNA دورشته برای عفونت های سیستم عصبی بکار میروئد.
ژن وارد شده در روی کروموزوم 19 قرار می گیرد
ویژگی های ایده آل وکتور:
1.درج کلی: یک یا چند ژن.( وارد شدن کامل ژن )
2.هدف: محدود به یک نوع سلول است.( در سلول هدف ژن عمل کند )
3.پاسخ ایمنی وجود ندارد.
4.پایدار: جهش نیست.
5.تولید: آسان تولید به تولید غلظت بالا (تیتر).
6. Regulatable: تولید پروتئین به اندازه کافی به باعث یک اثر.
وکتورهای رترویروسی بسته بندی می شود برای ژن تراپی بسته بندی ویرال های(بیان ژنهای ) gagوpol که تولید می کند تیتر بالای از
ویروس نوترکیب بعد از 24-72 ساعت.
ناقل های غیر ویروسی DNA Lلیپوزوم ، DNA برهنه ،نانوذرات
لیپوزومهای کاتیونی: بار مثبت چربی واکنش می دهد با بار منفی DNA . (چربی کمپلکس- DNA).
غشای سلولی، Transverses

[Helena.M]

مزایا:
الف. مجموعه پایدار
ب. می تواند DNA بزرگ حمل
ج. می تواند سلول های خاص را هدف قراردهد
د. واکنش های ایمنی را القا نمی کند.
معایب:
الف. کارایی ترانسفکشن پایین
ب. بیان گذرا (موقتی )
ج. مهارمی شود با سرم
د. دربرخی از سلولها سمیت ایجاد می کنند
ژن درمانی برای خاموش کردن ژن:
antisense به روش:
* DNA ،mRNA مربوط را می سازد،بعد mRNA به پروتئین می سازد.
آنتیسنس مکمل mRNA ژن (sense) وجلوگیری از بیان پروتئین است.
*مولکولهای RNAکوچک تداخل گر(siRNA ).RNAa
درمان خاموش: siRNA ها به عنوان داروهای مولکول کوچک است.
* Ribozymes
 دسته بندی پروتکل های انتقال ژن بالینی.
1. ارثی / بیماری های تک ژنی:
ADA کمبودآلفا-1 antitrypsin هستند
بیماری گرانولوماتوز مزمن
فیبروز کیستیک
کلسترولمی خانوادگی
Fanconi کم خونی
بیماری گوشه
Hunter سندرم
Parkinsons
2. بیماری های عفونی:HIV
3. اختلالات اکتسابی :بیماری عروق وقلبی-آرتریت روماتوئید
4.سرطان (مرتبط به آن):آنتیسنسChemoprotection
ایمونوتراپی: در شرایط ازمایشگاهی / در داخل بدنThymidylate کیناز
سرکوبگر تومور ژن

[Helena.M]

انواع روش‌هاي ژن درماني به صورت زير است:

* ژن درماني در رده سلول‌هاي زاينده :در اين روش ژن‌ها در سطح تخمك يا اسپرم اصلاح مي‌شوند.
* ژن درماني در رده سلول‌هاي سوماتيك :در اين شيوه ژن‌ها در سطح سلول‌هاي غير جنسي و بافتي اصلاح مي‌شوند.
* ژن درماني در مرحله جنيني :ژن درماني در مرحله جنيني مطالعه اثر ژن‌هاي فعال در مراحل جنيني مختلف براي درمان بيماري‌هاست.
تحقيقات بسياري درباره امكان درمان بيماري‌هايي نظير ايدز و بيماري‌هاي سرطاني به روش ژن‌درماني انجام شده است. محققان موفق شده‌اند با استفاده از ژن‌درماني در سلول‌هاي بنيادي انسان و حذف ژن كد‌كننده گيرنده ويروس ايدز از ژنوم سلول‌هاي ايمني حاصل از تمايز اين سلول‌ها راه ورود اين ويروس را به بدن سد كنند. در اين نمونه محققان از ژن‌درماني براي بالابردن توان سيستم ايمني بدن و مقابله با ويروس ايدز استفاده كرده‌اند.

استفاده از نانوذرات براي ژن‌درماني

محققان توانسته اند بااستفاده از نانوذرات براي ژن‌درماني، از رشد تومورهاي تخمدان در موش جلوگيري كنند.
اين نانوذرات كه از پليمرهاي زيست‌تخريب‌پذير ساخته شده‌اند، مي‌توانند به يكي از بزرگ‌ترين موانع ژن‌درماني غلبه كنند:ويروس‌هايي كه براي انتقال ژن به درون بدن استفاده مي‌شوند، غالباً مي‌توانند براي بيمار خطرناك باشند. به علاوه كارايي اين نانوذرات در انتقال ژن كمتر از كارايي ويروس‌ها نيست.
پليمر زيست‌تخريب‌پذير به نام پلي بتا-آمينو استر توليد كرد.
زماني كه اين پليمرهاي سنتزي با DNA مخلوط مي‌شوند، به طور خود به خودي به شكل نانوذرات درمي‌آيند. كمپلكس پليمر- DNA زماني كه درون يا نزديك بافت هدف تزريق شوند، همانند يك ويروس مصنوعي عمل كرده و DNA را رها مي‌كنند.
گلیبرا یک وکتور مربوط به آدنوویروس است که به گونه ای دستکاری شده است که بتواند آنزیم لیپو پروتئین لیپاز را در افراد مبتلا به این نقص نادر آنزیمی بیان نماید. تائیدیه این دارو توسط اتحادیه اروپا یک خبر خوب برای علوم سلولی و مولکولی با رویکرد درمانی است. اگرچه تنظیم بیان این پروتئین در سلول مشکلات زیادی خواهد داشت ولی امیدواری برای چنین فعالیت هایی برای جامعه زیست شناسی افزایش خواهد یافت.
در روش استفاده از ویروسِ ‏AAV‏ ، ژنهای ویروس از یک ویروس بی خطر به نام “‏AAV‏ ویروس” خارج شده و سپس ژنِ درمان کننده به‌جای آن جایگزین می‌شود. بعد از تزریق این ویروسها به بیمار “‏AAV‏ ویروس ها” می‌تواند ژنِ درمان کننده را به سلولها انتقال دهد. حال پروتئین موردنیاز توسط سلولهای خودِ بیمار ساخته خواهد شد، همان‌گونه که اگر خود سلول ‏ DNA ‏ مربوطه را می‌داشت عمل می‌کرد. این پروتئین یا وارد غشاء سلول می‌شود تا مورد استفادة خود سلول قرارگیرد یا توسط سلول ترشح می‌شود که مورد استفادة سلولهای دیگر قرارگیرد.
● ویروس ‏AAV‏ (‏Adeno-Associated Virus‏)‏
‏”‏AAV‏ ویروس” یک ویروس خیلی ساده از شاخه های خانوادة ‏parvoviridae‏ است و جزء ویروسهای بدون پوشش وکوچک است. “‏AAV‏ ویروس” نامش را به این علت گرفته است که در ۴۰ سال پیش آن را در جریان آلودگی یک نمونة بالینی مبتلا به آدنوویروس کشف کردند. بدین ترتیب نام ‏Adeno-Associated Virus‏ به آن اطلاق شد. به هر حال “‏AAV‏ ویروس” در هیچ یک از خواص ویروسی با آدنوویروسها مشترک نیست و در حقیقت ژنهایشان (‏DNA ‏) با هم هیچ شباهتی ندارد و این موضوع مهم است چرا که بر خلاف آدنوویروسها، “‏AAV‏ ویروس” در انسان پاتوژن نیست.
● وکتورهای ‏AAV‏ ‏
وکتورهای ‏AAV‏ مشتق از ویروسِ ‏AAV‏ که از عملکرد طبیعی خودشان استفاده کرده و ژنها را به سلول تحویل می‌دهد. جهت تولید یک وکتور ‏AAV‏ ، ویروس ‏AAV‏ را با خارج کردن ژن ویروسی و جایگزین کردن آن با ژن درمان کننده (برای تولید پروتئین مربوط) تغییر می‌دهند.
‏ DNA ‏ متعلق به “‏AAV‏ ویروس” تک رشته‌ای است و فقط شامل ۲ ژن است. یکی به نام ژن ‏Rep‏ که پروتئینهای مربوط به همانندسازی ‏DNA‏ را کد می‌کند و دیگری به نام ژن ‏Cap‏ که از اسپلایسینگ افتراقی استفاده می‌کند و اجازه می‌دهد که سه پروتئین را کد کند که پروتئینهای پوشش(‏coat‏) ویروس را می‌سازد.
با استفاده از این روش در حالی که هیچ‌‏‎ ‎کدام از ژنهای ویروسی وجود ندارد اتصال سلولی کارا و ساز و کار ورود ژن بوسیلة پروتئین پوششی “‏AAV‏ ویروس” مهیا می‌شود. فقط قسمتی کوچکی از ‏ DNA ‏ متعلق به ‏AAV‏ در طرفین این قطعة ژنی درمان کننده در وکتور باقی می‌ماند که حاوی قطعات خودکامل شونده ‏DNA‏ ملقب به ‏ITR‏ ها (‏Inverted Terminal Repeats‏ ) است و این ژنها برای تامین سطح بالایی از بیانِ ژنِ درمان کننده‌ای که وکتور آن را حمل می‌کند، لازم است.‏
هر وکتور ‏AAV‏ فقط از ۴ نوع مولکول تشکیل شده است. سه وکتور، دقیقاً در ارتباط با پروتئین‌هایی است که پوشش ویروس را می‌سازد و یک قطعة تک رشته ای ‏ DNA ‏ ژن درمان کننده و دیگر عناصر تنظیم کننده را کد می‌کند.
سادگی این سیستم باعث می‌شود که گیرندگان وکتورهای ‏AAV‏ در معرض حداقل مقدار مواد خارجی (بیگانه) قرار گیرند. در مقابل دیگر وکتورهای ویروسی که برای ژن تراپی استفاده می‌شود، مانند آنهایی که با استفاده از آدنو ویروس‌ها، لنتی ویروس‌ها، رترو ویروسها، و هرپس ویروس‌ها درست شده‌اند، به‌طور بارزی بزرگتر و پیچیده‌تر است و بنابراین احتمال آن که به پاسخ ایمنی منجر شده و واکنش‌های زیان آوری را برای استفاده های بعدی درپی داشته باشد، بسیار بیشتر است.
عقیده بر این است که وکتورهای ‏AAV‏ خواص مطلوب وکتورهای ویروسی و وکتورهای غیر ویروسی را ترکیب می‌کند و ممکن است نسبت به دیگر وکتورهای ژن درمانی

چندین مزیت بالقوة ارائه دهد. این مزایا عبارتند از:
▪ تحویل موثر ژن‏‌ها به هر دو نوع سلول هدف در حال تقسیم و آنهایی که تقسیم نمی شود،
▪ عدم حضور ژنهای ویروسی که می‌تواند مسؤول ایجاد پاسخ ایمنی ناخواسته باشد،
▪ کاربرد ‏in-vivo‏ در بیماران،
▪ میزان بالای بیان ژن
▪ پایداری عالی که اجازه می‌دهد وکتورهای ‏AAV‏ همانند بیشتر محصولات دارویی رایج تولید و ذخیره شده و مورد استفاده قرار گیرد. ‏
برای انتقال مواد ژنتیک بداخل مغز بیماران پارکینسونی، محققان از برخی ویروسها نظیر آدنوویروس یا لنتی ویروس استفاده می کنند. قبل از اینکه از این ویروسها بعنوان ناقل ژن استفاده شود بایستی قابلیت بیماریزایی آنها را متوقف کرد. ژنهایی که مواد درمانی ( نظیرGDNF و یا پروتئین هایی که دوپامین تولید می کنند) را کد می کنند را می توان وارد این ویروسها کرد؛ سپس این ویروسها مستقیما به قسمت مورد نظر در مغز فرستاده می شوند تا یا از تخریب بیشتر سلولهای سازنده دوپامین جلوگیری کنند و یا این سلولها را برای تولید دوپامین تحریک کنند. محققان ساختار این ویروسها را طوری تغییر داده اند که نتوانند به قسمتهای دیگر بدن انتشار یابند.

پلاسمید وکتوری مناسب برای ژن درمانی

تصویر یک باکتری و پلاسمید در داخل آن.
پلاسمید (به انگلیسی: plasmid)‏، مولکول DNA کوچکی است که بطور مجزا از کروموزوم در سلول وجود دارد. همانند سازی پلاسمیدها درسیتوپلاسم و بطورمستقل از ژنوفور انجام می‌گیرد. پلاسمیدها معمولاً به شکل یک مولکول DNA دورشته‌ای حلقوی هستند (هرچند انواع خطی پلاسمید نیز وجود دارد). هر پلاسمید دارای یک محل آغاز همانند سازی (ori) است که همانند سازی پلاسمید از آن نقطه شروع می‌شود.
پلاسمیدها در باکتری‌ها، آرکئا (آرکی باکترها)، مخمر و گیاهان بطور طبیعی دیده می‌شوند اما می‌توان آنها را به شکل مصنوعی (ترانسفورماسیون) وارد سلول‌های جانوری نیز نمود. در طبیعت، پلاسمیدها می‌توانند موجب بهتر زنده ماندن ارگانیسم‌ها شوند بطور مثال آن‌ها می‌توانند حامل ژن‌های مقاومت آنتی بیوتیکی باشند. پلاسمیدها از طریق انتقال افقی ژن‌ها(به انگلیسی: horizontal gene transfer)‏ از یک باکتری به باکتری دیگر انتقال پیدا می‌کنند. پلاسمیدها معمولاً به شکل یک مولکول DNA دورشته‌ای حلقوی هستند (هرچند انواع خطی پلاسمید نیز وجود دارد).
اندازه پلاسمیدها از ۱ تا ۱۰۰۰ کیلوجفت باز متغیر است. از یک تا هزاران پلاسمید می‌تواند در یک سلول وجود داشته باشد. پلاسمیدها بیشتر اوقات از طریق کانژوگاسیون (یکی از مکانیسم‌های انتقال افقی ژن‌ها) از یک ارگانیسم به ارگانیسم دیگر منتقل می‌شوند.
واژه پلاسمید، اولین بار توسط زیست شناس امریکایی جوشوآ لدربرگ (به انگلیسی: Joshua Lederberg)‏ در سال ۱۹۵۲ بکار گرفته شد.

[Helena.M]

وکتورها
اجزای تشکیل دهنده پلاسمید
وکتورها، پلاسمیدهایی هستند که در مهندسی ژنتیک از آن‌ها استفاده می‌شود. از پلاسمیدها در مهندسی ژنتیک برای تکثیر یا بیان ژن یا ژن‌های خاصی استفاده می‌شود. برای این کار، ژن مورد نظر را وارد پلاسمید می‌کنند. این نوع از پلاسمیدها بطور معمول دارای یک ژن مقاومت آنتی بیوتیکی (برای غربالگری) و یک جایگاه کلونینگ چندگانه (به انگلیسی: multiple cloning site)‏ یا polylinker است. جایگاه کلونینگ چندگانه، قطعه کوچکی از پلاسمید است که دارای چند جایگاه برش برای آنزیم‌های محدودالاثر مختلف (به انگلیسی: restriction enzymes)‏ است. این کار سبب می‌شود که قطعه یا ژن دلخواه به راحتی وارد پلاسمید شود. در مرحله بعد، پلاسمید از طریق ترانسفورماسیون وارد باکتری می‌شود. سپس باکتری در معرض یک آنتی بیوتیک خاص قرار می‌گیرد. باکتری‌هایی که پلاسمید مورد نظر را داشته باشند، زنده می‌مانند زیرا ژن مقاومت آنتی بیوتیکی را بر روی پلاسمید مورد نظر حمل می‌کنند اما باکتری‌هایی که پلاسمید را نداشته باشند، می‌میرند. با استفاده از این روش (غربالگری با آنتی بیوتیک) می‌توان باکتری‌های دارای پلاسمید را جدا ساخت و آن‌ها را به میزان زیاد تکثیر داد. سپس پلاسمیدها را به میزان زیاد از آن‌ها جدا ساخت. ظرفیت پذیرش قطعات DNA در پلاسمیدها بین ۱ تا ۱۰ کیلو جفت باز است. برای کلون کردن قطعات یا ژن‌های بزرگتر بایستی از فاژ لامبدا، کاسمیدها (به انگلیسی: cosmids)‏، کروموزوم‌های مصنوعی باکتریایی (به انگلیسی:bacterial artificial chromosomes)‏ یا کروموزوم‌های مصنوعی مخمری (به انگلیسی: yeast artificial chromosomes)‏ استفاده کرد.
ژن درمانی با استفاده از وکتورهای پلاسمیدی
موفقیت ژن درمانی بستگی به داخل سازی ژن دلخواه به درون کروموزوم انسان بدون ایجاد آسیب به سلول، ایجاد جهش‌های سرطان زا یا پاسخ ایمنی داشته‌است. استفاده از وکتورهای پلاسمیدی، یکی از روش‌های ژن درمانی است. استفاده از نوکلئازهای انگشت روی (Zinc finger nucleases)‏ موجب نوترکیبی هومولوگ در جایگاه خاصی از کروموزوم می‌شود. از این طریق می‌توان ژن دلخواه را وارد سلول‌های انسانی کرد.

اپی زوم‌ها

اپی زوم‌ها معادل یوکاریوتی پلاسمیدهای باکتریایی هستند. در یوکاریوت‌ها بطور معمول اپی زوم‌ها، DNAهای حلقوی بسته‌ای هستند که داخل هسته تکثیر پیدا می‌کنند مانند آدنوویروس‌ها، هرپس ویروس‌ها و پولیوماویروس‌ها. برخی از اپی زوم‌های ویروسی در سیتوپلاسم تکثیر پیدا می‌کنند مانند پوکس ویروس‌ها. برخی از اپی زوم‌ها مانند هرپس ویروس‌ها از مکانیسم دایره غلتان (rolling circle)‏ برای تکثیر خود استفاده می‌کنند مانند آنچه که در مورد فاژهای باکتریایی اتفاق می‌افتد. برخی از آن‌ها از طریق مکانیسم همانند سازی دو جهته (bidirectional replication mechanism)‏ تکثیر پیدا می‌کنند (پلاسمیدهای نوع تتا). در هر دو مورد، اپی زوم‌ها بطور فیزیکی مجزا از کروموزوم میزبان هستند.

انواع مراحل هم یوغی (کانژوگاسیون) در باکتری‌ها
یکی از روش‌های طبقه بندی پلاسمیدها بر اساس انتقال آن‌ها به دیگر باکتری‌هاست. پلاسمیدهای هم یوغی (به انگلیسی: Conjugative plasmids)‏ دارای ژن‌های tra می‌باشند که در فرآیند هم یوغی (کانژوگاسیون) نقش دارد. در هم یوغی، پلاسمید از یک باکتری به باکتری دیگر منتقل می‌شود. پلاسمیدهای غیر هم یوغی توانایی آغاز هم یوغی در باکتری‌ها را ندارند اما می‌توانند با کمک پلاسمیدهای هم یوغی منتقل شوند. انواع مختلفی از پلاسمیدها ممکن است در یک سلول وجود داشته باشد. با این حال، پلاسمیدهای مشابه یا هم خانواده اغلب اوقات ناسازگار (به انگلیسی: incompatible)‏ هستند بطوریکه فقط یکی از آن‌ها در سلول باقی خواهد ماند. این امر به دلیل تنظیم عملکردهای حیاتی آن‌ها اتفاق می‌افتد. پس بنابراین می‌توان پلاسمیدها را در گروه‌های ناسازگاری مختلف طبقه بندی کرد.
روش دیگر طبقه بندی پلاسمیدها بر اساس عملکرد آن هاست:
پلاسمیدهای F یا پلاسمیدهای باروری (به انگلیسی: Fertility)‏ که دارای ژن‌های tra هستند. آن‌ها موجب بیان پیلی جنسی و هم یوغی در باکتری‌ها می‌شوند.
پلاسمیدهای R یا پلاسمیدهای مقاومت که ژن‌های مقاومت نسبت به آنتی بیوتیک‌ها یا ژن‌های توکسین‌ها (سموم) را حمل می‌کنند.
پلاسمیدهای Col که ژن‌های کد کننده باکتریوسین‌ها را حمل می‌کنند. باکتریوسین‌ها، پروتئین‌هایی هستند که می‌توانند سایر باکتری‌ها را از بین ببرند.
پلاسمیدهای تجزیه کننده (به انگلیسی: Degradative plasmids)‏ که این توانایی را به باکتری می‌دهند تا ترکیبات غیر معمول را تجزیه کنند مانند تولوئن و اسید سالیسیلیک.
پلاسمیدهای بیماریزایی (به انگلیسی: Virulence plasmids)‏ که موجب تبدیل یک باکتری غیر بیماریزا به یک باکتری بیماریزا (پاتوژن) می‌شوند.
تفاوت پلاسمید با کروموزوم
پلاسمیدها، عناصری ژنتیکی هستند که ضرورتی چندانی برای سلول ندارند و تنها برخی ویژگی‌ها را به باکتری‌ها می‌دهند که به بقای آنها کمک می‌کند. در صورتیکه پلاسمیدهای سلول حذف شوند، سلول می‌تواند به زندگی خود ادامه دهد. همچنین همانند سازی پلاسمیدها ارتباطی باچرخه سلولی و تقسیم سلولی ندارد. آن‌ها می‌توانند مستقل از چرخه سلولی به تعداد نامحدود (تعداد را نیاز سلول و شرایط محیطی تعیین می‌کند) تکثیر شوند. در هر سلول ممکن است چندین پلاسمید مشابه وجود داشته باشد. با این وجود، کروموزوم‌ها بسیار برای سلول حیاتی هستند و درصورت حذف هر یک از کروموزوم‌ها، سلول خواهد مرد. تعداد دقیق کروموزوم‌ها، بسیار برای تعادل ژنتیکی سلول ضروری است. حتی اگر یکی از کروموزوم‌های همولوگ حذف شوند، این تعادل بهم خواهد خورد. همانند سازی کروموزوم‌ها دقیقاً منطبق با چرخه سلولی است و در هر چرخه سلولی فقط یک بار همانند سازی می‌کنند.
پلاسمید درمخمردو نوع وکتور مهم پلاسمیدی در مخمرها عبارتند از YIp و YRp.
YIp، پلاسمید الحاقی مخمری (به انگلیسی: Yeast integrative plasmid)‏ است که برای زنده ماندن و تکثیر وارد کروموزوم مخمر می‌شود. YRp، پلاسمید همانندساز مخمری (به انگلیسی: Yeast Replicative plasmid)‏ است که پایداری کمتری دارد و در هنگام جوانه زدن مخمر ممکن است از دست برود.

پلاسمید در گیاهان

پلاسمید Ti، پلاسمیدی از باکتری آگروباکتریوم است که در مهندسی ژنتیک برای تراریخته کردن گیاهان بکار می‌رود
پلاسمید در اثر عفونت با باکتری آگروباکتریوم وارد گیاه می‌شود. امروزه از اینگونه پلاسمیدها، پس از انجام تغییراتی بر روی آنها، برای انجام مهندسی ژنتیک در گیاهان، استفاده می‌شود.

پلاسمید در باکتری‌ها

بیشتر باکتری‌های دارای پلاسمیدهایی می‌باشند که به آنها ویژگی‌های تازه‌ای مانند مقاومت به یک آنتی‌بیوتیک خاص، مصرف نوعی قند یا اسید آمینه، تولید رنگدانه، بیماریزایی، تجزیه هیدروکربن‌ها یا مولکول‌های پیچیده شیمیایی و غیره می‌دهد.

اساس کار

در اغلب موارد مطالعات ژن درمانی، نسخه‌ی صحیح یا نوع وحشی ژن به ژنوم الحاق می‌شود. برای وارد کردن ژن به سلول‌های مورد نظر باید از یک حامل که وکتور نامیده می‌شود استفاده کرد. رایج‌ترین وکتوری که مورد استفاده است ویروس‌ها می‌باشند. ویروسی که به عنوان وکتور استفاده می‌شود به طور ژنتیکی معیوب شده و قادر به بیماری‌زایی نیست اما هنوز قادر است که ژنومش را با DNA سلول میزبان ترکیب کند. سلول‌های مورد نظر با وکتور آلوده می‌شوند و وکتور با الصاق یافتن به ژنوم سلول میزبان محموله‌اش را وارد ژنوم سلول می‌کند.

[Helena.M]

انواع وکتور در ژن درمانی

رترویروس‌ها RETROVIRUSES

ماده‌ی ژنتیکی در رترویروس‌ها به شکل RNA است، در حالی‌که ماده‌ی ژنتیکی میزبان‌شان به شکل DNA می‌باشد. هنگامی که یک روترویروس سلول میزبان را آلوده می‌کند قبل از ترکیب ماده‌ی ژنتیکش با ژنوم میزبان، لازم است که نسخه‌ی DNA ای از مولکول RNA اش تولید کند. این عمل طی فرایندی به نام رونویسی معکوس توسط آنزیم ترنس کریپتاز معکوس انجام می‌شود (اساساً DNA به عنوان الگو برای تولید RNA می‌باشد اما عمل این آنزیم عکس است، به همین دلیل به این صورت نامگذاری شده است). بعد از تولید این نسخه‌ی DNA و آزاد شدن آن در هسته‌ی سلول میزبان توسط آنزیم اینتگراز INTEGRAZ وارد DNA میزبان می‌شود. اکنون ماده‌ی ژنتیک ویروس قسمتی از ماده‌ی ژنتیک میزبان شده و همراه با آن همانندسازی و تقسیم می‌شود.
یکی از معایب استفاده از روترویروس‌ها این است که عمل آنزیم اینتگراز به‌طور تصادفی است بنابراین الصاق ماده‌ی ژنتیک ویروس در مکان مشخصی از ژنوم میزبان صورت نمی‌گیرد. به این ترتیب ممکن است الصاق در میان یکی از ژن‌های سلول میزبان صورت گیرد و ژن در اثر جهش از کار بیافتد و یا اگر در محدوده‌ی یک ژن تنظیم کننده‌ی تقسیم سلولی الصاق شود، تقسیم سلول از کنترل خارج شده و سلول سرطانی می‌شود. به‌علاوه روترویروس‌ها تنها قادر به آمیخته شدن با ژنوم سلول‌هایی می‌باشند که تقسیم سلولی فعال دارند. بنابراین اگرچه در ژن درمانی SCID که سلول‌های هدف قادر به تقسیم می‌باشند وکتور مناسبی است، اما برای درمان‌هایی که سلول‌های هدف تقسیم نمی‌شوند مثل سلول‌های عضلانی قابل استفاده نمی‌باشد.
آدنویروس‌ها Adenoviruses
در تعدادی از پروژه‌های ژن درمانی نظیر درمان فیبروزکیستیک از آدنوویروس‌ها به عنوان وکتور استفاده می‌شود. ماده ژنتیک آدنوویروس‌ها به شکل DNA دو رشته‌ای می‌باشد. آدنوویروس‌ها در انسان سبب عفونت‌های تنفسی، روده‌ای و چشمی می‌شوند. هنگامی که این ویروس‌ها سلول میزبان را آلوده می‌کنند، برخلاف روترویروس‌ها، ماده‌ی ژنتیک‌شان را با ژنوم میزبان الصاق نمی‌کنند و مولکول DNAشان در هسته‌ی سلول آزاد می‌ماند. بنابراین خطر سرطانی شدن سلول‌ها در کاربرد این وکتور وجود ندارد و همچنین برای آلوده سازی سلول‌هایی که قدرت تقسیم ندارند نیز قابل استفاده می‌باشد. اما مشکلی که در به‌کارگیری آدنوویروس‌ها به عنوان وکتور وجود دارد، عدم همانندسازی مولکول DNA آزاد هنگام همانندسازی ژنوم میزبان برای تقسیم سلولی می‌باشد و از این رو سلول‌های حاصل از تقسیم فاقد ژن اضافه شده می‌‌باشد و باید در هر نسل سلولی دوباره مراحل آلوده‌سازی تکرار گردد.
روش‌های غیر ویروسی Non-viral methods
ویروس‌ها تنها راه وارد کردن DNA به سلول‌ها نیستند؛ طی فرایندی به نام ترنسفکشن (Transfection) سلول‌ها می‌توانند DNA مورد نظر را از محیط‌شان جذب کنند. از روش‌های ترنسفکشن تکان دادن سلول با جریان الکتریکی، یا فیوز کردن با لیپوزم حاوی ژن مورد نظر می‌باشد.
اگرچه این تکنیک‌ها به اندازه‌ی وکتور‌های ویروسی کارایی ندارند، اما به جهت ایمنی بیش‌تر نسبت به استفاده از ویروس‌ها مورد توجه‌اند و در فناوری ساخت وکتور تلاش‌های زیادی برای پیشرفت این تکنیک‌ها صورت گرفته و می‌گیرد.
با اینکه در آغاز هدف آزمایش‌های ژن درمانی، درمان بیماری‌های ژنتیکی نظیر SCID، فیبروزکیستیک و هایپرکلسترولمیای ارثی بود، اما امروزه نگاه دانشمندان از چنین بیماری‌های نادری که به علت نقص یک ژن منفرد ایجاد می‌شوند به سمت بیماری‌های رایج‌تر که اساس پیچیده‌تری دارند از قبیل انواع سرطان و بیماری‌های قلبی – عروقی متمرکز شده است که در شماره‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت.
در زیر به برخی تکنیک‌های ژن درمانی سرطان اشاره می‌شود:
• دانشمندان تلاش می‌کنند که ژن جهش یافته را که باعث سرطان شده است را با ژن سالم جابه جا کنند. برای مثال جهش در ژن P53 که یک ژن آنتی توموردر سلول‌های سالم بدن است می‌تواند سبب سرطان شود. در واقع P53 یک مکانیسم طبیعی و ذاتی برای توقف رشد تومور در بدن است. جاگزینی P53 معیوب با نسخه‌ی سالم آن می‌تواند این مکانیسم طبیعی مقابله با سرطان را به سلول‌ها بازگرداند.
• برخی دانشمندان بر روی راه‌هایی تحقیق می‌کنند که پاسخ ایمنی بیمار را در مقابل تومور تقویت کنند. در این روش‌ها دانشمندان با بهره‌گیری از تکنولوژی ژن درمانی، توانایی طبیعی بدن در حمله به سلول‌های سرطانی را تحریک می‌کنند. در یکی از متود‌های تحت بررسی دانشمندان مقداری نمونه خون از بیمار می‌گیرند و ژن تولید کننده‌ی پروتئین گیرنده‌ی Tcell را به لنفوسیت‌های T نمونه خون بیمار منتقل می‌کنند. این سلول‌ها در مقابله با آنتی‌‌ژن آن را می‌بلعند. سپس نمونه‌ی دستورزی شده را به جریان خون بیمار بازمی‌گردانند. در بدن لنفوسیت‌ها از این ژن، پروتئین TCR تولید می‌کنند که در سطح سلول‌ جامی‌گیرند. TCRها مولکول‌های خاصی را در سطح سلول‌های سرطانی شناسایی می‌کنند و به آن متصل می‌شوند. به این ترتیب لنفوسیت به سطح سلول سرطانی هدایت شده و به آن اتصال یافته و شروع به بلعیدن آن می‌کند. با این روش لنفوسیت قادر می‌شود به تومورحمله کند و آن را نابود سازد.
• در نوعی درمان محققان ژن‌های انتهاری را به سلول‌های سرطانی معرفی می‌کنند. سپس داروهای سمی که به صورت غیرفعال یا prodrug می‌باشند را به بیمار می‌دهند. محصول ژن‌های اینتهاری پروتئینی است که با ایجاد تغییر در ساختمان داروی غیرفعال، آن را فعال می‌کند. داروی فعال شده آن سلول‌های سرطانی را تخریب می‌کند.
• در روشی دیگر که سلول‌های سرطانی را هدف قرار می‌دهند، دانشمندان در تلاش اند تا با تکنیک‌های ژن درمانی حساسیت سلول‌های سرطانی را نسبت به شیمی درمانی ، پرتو درمانی و درمان‌های دیگر بالا ‌برند. محققان، سلول‌های بنیادین سازنده‌ی خون را - که آسیب پذیری آنها نسبت به شیمی درمانی و پرتو درمانی، استفاده از این روش‌ها را محدود می‌سازد- از بدن بیمار خارج می‌کنند و با وارد کردن برخی ژن‌ها آنها را نسبت به اثرات جانبی دز بالای داروهای ضد سرطان مقاوم‌تر می‌سازند و سپس آنها را به بدن بیمار بازمی‌گردانند.
• از جمله توانایی‌های توده‌های سرطانی رگ‌سازی (آنژیوژنز) می‌باشد تا از این طریق مواد غذایی لازم برای تکثیر بیشتر را دریافت کنند. از این رو تلاش می‌شود با مهار آنژیوژنز از رشد توده و متاستازی جلوگیری کنند. عده‌ای از محققان در به خدمت‌گیری فناوریهای مهندسی ژن در این بخش از روند درمان متمرکز شده اند.
پیشرفت های جدید
• روش جدید ژن درمانی برای نابودی سلول های سرطان پستان
محققان آمریکایی روش جدید ژن درمانی خود را مستقیما روی یک نوع سلول سرطان پستان آزمایش کردند که باعث نابودی سلول شد.
به گزارش سرویس پژوهشی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) منطقه مرکزی، سرپرست این تحقیق «مین چین هانگ» از مرکز سرطان «اندرسون» در دانشگاه تگزاس می گوید: دانشمندان در تحقیقات سلولی و آزمایش هایی که بر روی موش ها انجام دادند، جهش ژنی «BiKDD» را یافتند که بطور قابل توجهی مقاومت در برابر درمان در سلول های اولیه سرطان را کاهش می دهد که این امر با جلوگیری از فعالیت سه پروتئین از خانواده Bcl ۲ اتفاق می افتد.
روش ژن درمانی جدید به عملکرد بهتر «Lapatinib» که یکی از دارو های معمول در شیمی درمانی سرطان پستان است، کمک می کند.
بر اساس این گزارش، این روش مستقیما بر روی سلول های سرطان پستان عمل می کند. روش جدید ژن درمانی می تواند مقاومت سلول ها در برابر داروها را کاهش دهد و اندازه سلول ها را در موارد عود مجدد بیماری کوچکتر کند.
ژن درمانی از طریق میتوکندری نیز افق تازه ای است که بنا به خصوصیات ی که میتوکندری دارد نیز می تواند دریچه ای جدید در این خصوص باشد.توضیح مفصل این نوع ژن درمانی در پیوست جزوه تقدیم خواهد شد.
ژن درمانی به منظور دوپینگ در ورزشکاران می تواند جان آنان را بگیرد
محققین دریافته اند که ورزشکاران در صورت استفاده از تکنیک ژن درمانی به منظور بهبود فعالیتهای فیزیکی بدن خود می توانند جان خود را در معرض خطری کاملاً جدی قرار دهند.
به گزارش خبرنگار سایت پزشکان بدون مرز ، پیشرفت های پزشکی در سالهای اخیر سبب شده تا توجه بسیاری از ورزشکارانی را که در جستجوی یافتن شیوه ای بهتر از استفاده از استروئیدها هستند، به ژن درمانی جلب شود .
اما دانشمندان هشدار می دهند ژن درمانی می تواند خطر بسیار بزرگی را برای ورزشکاران در بر داشته باشد و ورزشکاران در صورتی که بخواهند حتی یک بار تأثیرات آن را آزمایش کنند، جان خود را در معرض خطری جدی قرار می دهند.
ژن درمانی در برخی از شیوه های درمان با تأثیرگذاری بر روی ژنهای معیوب و یا تغییر درجه حرارت روشن و خاموش شدن ژنها تأثیرات مثبتی از خود نشان داده است، اما محققان پس از مرگ «جس جلسینگر» ۱۸ ساله طی دوره تحقیقاتی در سال ۱۹۹۹ درباره این شیوه درمانی بسیار محتاط شده اند.

[Helena.M]

شروع ژن درمانی
اولین تلاش‌ها در زمینه‌ی ژن درمانی برای درمان یک بیماری بسیار نادر وراثتی به نام بیماری نقص مختلط حاد ایمنی Severe Combined Immuno Difeiciency (SCID) صورت گرفت. فرد مبتلا به SCID به‌طور ذاتی فاقد سیستم ایمنی است. نوزاد‌هایی که با این نقص متولد می‌شوند در اولین برخورد با عوامل عفونی به عفونت‌های شدید دچار شده و در اثر آن می‌میرند. در دهه‌ی 1970 در آمریکا پسری به نام David با عنوان bubble baby (کودک حبابی) توجه عموم را جلب کرد. وی کودکی مبتلا به SCID بود که پزشکان با تشخیص به موقع بیماری‌اش او را در حباب پلاستیکی ویژه‌ای که محیط استریل و ایزوله در مقابل هرگونه باکتری و ویروسی بود نگهداری کردند. او تقریباً تمام زندگی‌اش را در داخل حباب گذراند و با رشد وی ابعاد اتاق شیشه‌ای او – که از او در برابر میکروب‌ها حفاظت می‌کرد، اما در مقابل تماس فیزیکی او را با جهان خارج قطع می‌کرد – نیز بزرگ‌تر می‌شد.
در سپتامبر 1990 French Anderson W. و همکارانش، از مؤسسه‌ی ملی سلامت و غذا و داروی آمریکا، دختری را که چهار سال از عمرش را در حباب گذرانده بود و از SCID رنج می‌برد را با ژن درمانی نجات دادند.
تقریباً در 25% موارد این بیماری در اثر فقدان وراثتی یک آنزیم منفرد به نام آدنوزین دِآمیناز (ADA) می‌باشد که یکی از واکنش‌های مسیر کاتابولیسم پورین‌‌ها را کاتالیز می‌کند. در فقدان این آنزیم آدنوزین در سلول‌ها تجمع یافته و به سطوح سمی خود می‌رسد. سلول‌های حساس، به‌طور عمده لنفوسیت T و B که در ایمنی و دفاع بدن نقش دارند را نابود می‌کنند.
در فرایند ژن درمانی این دختر تیم دکتر اندرسون گلبول‌های سفید دختر را از خونش استخراج کردند و سلول‌ها را در آزمایشگاه کشت دادند و ژن سالم ADA را به ژنوم سلول‌ها وارد کردند، سپس سلول‌های خونی که قادر به بیان ژن ADA بودند را به جریان خون برگرداندند. بعد از این درمان او توانست به مدرسه برود و در برابر سیاه سرفه واکسینه شود. اما از آنجا که عمر سلول‌های خونی کوتاه است فرایند ژن درمانی باید به طور دوره‌ای تکرار شود.
به چند دلیل SCID کاندیدای خوبی برای درمان از طریق ژن درمانی بود:
-1 برای این بیماری درمانی وجود نداشت.
2-SCID نتیجه‌ی تغییر ژن خاصی است که از پیش ایزوله و کلون شده بود بنابراین برای استفاده در ژن درمانی فراهم بود.
3- سلول‌هایی که هدف درمان‌اند، لنفوسیت‌ها، به راحتی قابل استخراج و کشت در محیط آزمایشگاه بودند و همچنین بعد از اصلاح ژنتیکی، آن‌ها را می‌توان مجدداً به جریان خون بازگرداند.
ژن درمانی (Gene Therapy) چیست ؟
ژن درمانی (Gene Therapy) بسیاری از صاحب‌نظران از سدة حاضر به‌عنوان سدة مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی یاد می‌کنند. به اعتقاد بسیاری از دانشمندان، تولد ژن‌درمانی در اوایل دهه ۱۹۹۰، یک رخداد بزرگ و انقلابی بود که چشم‌انداز جدیدی را در عرصه پزشکی مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا برای نخستین بار در تاریخ علوم زیستی، کاربرد روش‌ها و فنون بسیار حساس و جدید جهت انتقال ژن‌های سالم به درون سلول‌های بدن و تصحیح و درمان ژن‌های جهش‌یافته و معیوب، پنجره‌ای نو به سوی مبارزه جدی، اساسی و علّی (نه معلولی و در سطح فرآورده‌های ژنی) با بسیاری از بیماری‌ها گشوده‌است. ژن‌درمانی، در واقع انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول‌های یک موجود برای مقاصد درمانی می‌باشد که به روش‌های متفاوت و متنوع (فیزیکی، شیمیایی و زیستی) صورت می‌گیرد.
کشف بسیاری از ژن‌های بیماری‌زای مهم در آینده نزدیک، کاربرد روش‌های متنوع و بی‌سابقه غربال‌سازی ژنتیکی و پیشگویی‌های بسیار دقیق پیرامون تعیین سرنوشت جنین از نظر بیماری‌های ژنتیک پیش و پس از تولد، از دیگر قابلیت‌های مهندسی ژنتیک و ژن‌درمانی است. پژوهشگران با انجام تحقیقات گسترده بر بسیاری از محدودیت‌های موجود در زمینه ژن‌درمانی فائق آمده‌اند. همچنین در زمینه هدف‌گیری بسیار اختصاصی سلول و انتقال ژن یا DNAی برهنه به درون آن- به عنوان دارو- پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده‌است.
علیرغم اینکه در حال حاضر ژن‌درمانی، روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی نیاز دارد، اما به‌زودی از این روش در مورد طیف بسیار وسیعی از بیماری‌ها استفاده خواهد شد. همچنین شواهد فزآینده و امیدبخشی وجود دارد که استفاده از روش‌های پزشکی مولکولی، در آینده‌ای نه چندان دور و در مقایسه با وضع کنونی، صدها بار هزینه‌های درمانی را نیز کاهش خواهد داد.
تعدادی از بیماریهای مهم انسان در اثر ناتوانی بدن در ساختن پروتئین بخصوصی ایجاد می‌شود که معمولاً در بافت یا عضو خاص یا در مایعات بدن مانند خون اتفاق می‌افتد و این امر می‌تواند سبب بیماری شدیدی شود که در تمام طول عمر شخص همراه او خواهدبود. بسیاری از بیماریهای ژنتیک از این جمله است مانند: آنمی سیکل سل، هموفیلی، دیسترفی عضلانی دوشن (‏DMD‏)، تالاسمی و غیره.
اولین وعدة زیست فناوری (بیوتکنولوژی) جداکردن و تولید این پروتئینها از طریق مهندسی ژنتیک و فناوری نوترکیبی بود تا آنها را در اختیار بیمارانی قراردهد که فاقد آن پروتئینها بود

منبع (http://mgr.ir/news.php?extend.306.5)