بعضی از بیماری‌های ژنتیکی حتی قبل از تولد نیز می‌توانند باعث آسیب شوند. پاسخ به این وضعیت بحرانی در ژن درمانی قبل از تولد یعنی هنگامی که هنوز نوزاد در رحم به سر می‌برد، نهفته است.
تیم بین المللی محققان در جولای، استفاده از ژن درمانی برای اصلاح یک اختلال مغزی مهلک در موش؛ حتی قبل از تولد گزارش کردند.
این موش دچار نقص در ژنی به نام GBA بود. این ژن مسئول رمزگذاری آنزیمی است که در شکستن یک مولکول چربی به نام گلوکوسربروزید نقش دارد. در صورت عدم حضور این آنزیم، گلوکوسربروزید در مغز تجمع یافته و باعث اختلالات مغزی غیر قابل برگشت می‌شود. این موش‌ها به طور معمول طی ۱۴ روز بعد از تولد می‌میرند.
این موش‌ها مشابه وضعیتی در انسان به نام بیماری گوچر (Gaucher’s disease) که نوعی آسیب عصبی حاد است، می‌باشند.
کودکانی که با این اختلال ژنتیکی به دنیا می‌آیند، به ندرت بیش از دو سال زنده می‌مانند.
در این مطالعه محققان ویروسی که حاوی نسخه‌ی دست نخورده از ژن GBA بود را در مراحل اواسط بارداری به داخل مغز موش های جنین وارد کردند. موش‌هایی که تحت درمان قرار گرفتند، به شکل عادی به دنیا آمدند و حداقل به مدت ۱۸ هفته و با شواهدی از وجود آسیب مغزی خفیف زنده ماندند. Jeerry Chan متخصص جنین شناسی در Duke NUS در سنگاپور و یکی از محققان این مطالعه می‌گوید:
هدف ما افزایش طول عمر به شکل قابل توجه است.
همچنین محققان ژن درمانی را در نوعی میمون امتحان کردند. نتایج نشان داد که آن‌ها می‌توانند بافت مغزی را بدون عوارض جانبی جدی در نمونه‌های جانوری انتقال دهند. این نمونه‌ها از نظر اندازه بدن و فیزیولوژی بارداری بیشترین شباهت را به انسان داشتند.
سرپرست این مطالعه Simon Waddington ، محقق فعال در زمینه‌ی ژن درمانی در دانشگاه لندن، معتقد است: هدف ما به دست آوردن بهترین تجربه‌ها و در صورت امکان تعمیم دادن آن به مطالعات بالینی انسانی است.
محقق دیگر فعال در زمینه ژن درمانی قبل از تولد، مطالعه را جهشی برای یافتن شواهد قوی می‌داند که در نمونه‌های انسانی نیز صادق باشد. Bill peranteau متخصص جراحی کودکان در بیمارستان کودکان فیلادلفیا در پنسیلوانیا در این باره می‌گوید:
ترکیب این دو جنبه از مطالعه نتایج را بسیار جالب کرده است.
توجه به چالش‌های تکنیکی، نگرانی‌هایی در خصوص امنیت و مسائل اخلاقی ژن درمانی قبل از تولد، بسیار ضروری است. این مطالعه چیزی فراتر از درمان ساده است. یافته‌ها می‌تواند منجر به یافتن بهترین راه درمان گروهی از بیماری‌های مهلک ژنتیکی و شاید منجر به یافتن آخرین راه درمان شود.
امتیازات ابتدایی ژن درمانی قبل از تولد
آسیب عصبی حاد در بیماری گوچر یکی از بهترین موارد برای درمان با روش ژن درمانی قبل از تولد است. علت این است که ساخت گلوکوسربروزید از زمان جنینی آغاز می‌شود. در این بیماری در صورت انجام ندادن مداخله، آسیب‌های مغزی برگشت ناپذیر حتی قبل از تولد قابل مشاهده است. به عقیده‌ی Waddington فایده ابتدایی این روش پیشگیری از آسیب مغزی در گام اول است.
در مورد سایر بیماری‌های ژنتیکی، ممکن است عوارض بیماری تا قبل از اوایل کودکی دیده نشود. ولی حتی در این موارد نیز ژن درمانی قبل از تولد بسیار کارآمد‌تر و سودمند‌تر از ژن درمانی بعد از تولد است. Peranteau که در خصوص ژن درمانی قبل از تولد برای بیماری‌های متابولیسمی تاثیر گذار بر کبد در نمونه‌های جانوری فعالیت میکند، می‌گوید:
ما تلاش می‌کنیم با بهره گرفتن از فرآیند‌های طبیعی تکامل جنین، درجه سودمندی و احتمال موفقیت در درمان را بالا ببریم.
قبل از تولد سد خونی مغزی که از مورد مولکول‌های موجود در جریان خون به بافت مغزی جلوگیری میکند، غیر فعال است. این وضعیت وارد کردن ژن‌ها را به سیستم عصبی مرکزی آسان میکند. در یک مقاله منتشر شده در سال ۲۰۱۱، Waddington و همکارانش گزارش کردند که وارد کردن وکتور ژن درمانی به نام AAV2/9 به سلول‌های عصبی در جنین موش نسبت به موش‌هایی که به دنیا آمده اند، بسیار قابل اطمینان‌تر است.
فایده دیگر ژن درمانی قبل از تولد این است که هنوز سیستم ایمنی غیر فعال است. بنابراین بسته بندی ژن در قالب ویروس یا هر وکتور دیگر با احتمال کمتری می‌تواند باعث واکنش‌های ناخواسته شود. همچنین بدن به وکتور عادت میکند؛ در نتیجه اگر در مراحل بعدی به تکرار دوز نیاز باشد، احتمال موفقیت بالا است. سیستم ایمنی پروتئینی که در نتیجه‌ی ژن درمانی ساخته می‌شود را بهتر از تخریب ژن که به منظور جایگزینی ژن خاص در مراحل ژن درمانی بعد از تولد، قبول میکند.
علاوه بر این موارد رشد سریع جنین نیز به ژن درمانی قبل از تولد کمک میکند. در هر زمانی در دوران جنینی نسبت بالایی از سلول‌ها به شکل فعالانه به تقسیم می‌پردازند. در نتیجه احتمال ادغام شدن وکتور در ژنوم بالا است. سلول‌هایی که با ژن درمانی اصلاح شده‌اند، به تقسیم خود طی بارداری ادامه می‌دهند. علاوه بر همه‌ی این موارد برای تاثیر بهتر درمان، جایگزینی ژن‌ها در داخل سلول‌های بنیادی و سلول‌های پیشرو بسیار مهم است. این سلول‌هایی که طول عمر بالایی دارند، در قبل از تولد فراوان و در دسترس‌تر هستند.
خطرات ژن درمانی قبل از تولد
دوران جنینی با چالش‌های روبرو است. هر ژن درمانی قبل از تولد مسئله‌ای پیچیده است؛ زیرا دو نفر را تحت تاثیر قرار می‌دهد: هم مادر و هم جنین. Anna David متخصص جنین شناسی و محقق فعال در زمینه‌ی ژن درمانی در دانشگاه لندن می‌گوید:
همواره باید هر دو نفر مورد توجه قرار گیرد و در مورد آینده‌ی کودک و خود مادر از پیش اندیشیده شود.
به طور کلی ژن درمانی قبل از تولد در حال پیشرفت است. ژن درمانی شامل وارد کردن ژن به داخل عروق خونی بند ناف، مایع آمنیوتیک و در بعضی مواقع مستقیما به داخل بافت‌های جنینی به کمک پروب اولتراسوند است. روش‌هایی که به کار گرفته می‌شود، مشابه متد‌های به کار رفته در آمنیوسنتز و نمونه برداری از پرز‌های کوریونی یا تزریق خون به داخل ورید نافی است.
به عقیده‌ی David این مکانیسم‌ها تقریبا بی‌خطر هستند؛ اما گاها با خطر کوچک عفونت، زایمان زودرس و از دست دادن جنین همراه می‌شوند. ولی به طور کلی درمان نوزاد بعد از تولد بیخطرتر خواهد بود و در اینصورت هیچ خطری مادر را تهدید نخواهد کرد.
علاوه بر این موارد امکان ظهور خطرات مربوط به ژن درمانی؛ مانند احتمال تحریک سیستم ایمنی توسط وکتور در بیمار یا قرار گرفتن ژن در جایی که می‌تواند باعث سرطان شود، وجود دارد.
بعضی از این خطرات در ژن درمانی قبل از تولد حتی شدید‌تر می‌شود. برای مثال اگر ژن وارد جریان خون مادر شود، می‌تواند باعث واکنش‌های ایمنی خطرناک شود. در مواردی نیز ممکن است ژن وارد سلول‌های مادر شود.
اگر ژن درمانی در مراحلی ابتدایی تکامل صورت گیرد، می‌تواند باعث تغییراتی در سلول‌های جنسی جنین شود. این سلول‌های که در نهایت اسپرم یا تخمک را به وجود می‌آورند، در صورت تحت تاثیر قرار گرفتن، می‌توانند عوارض را بعد از تولد بروز دهند. به همین دلیل بسیاری از دانشمندان، ژن درمانی قبل از تولد را از لحاظ اخلاقی تایید نمی‌کنند. همچنین این روش می‌تواند باعث بیان ژن در مکان و زمان نامناسب شده و در نتیجه‌ی آن باعث اختلال در تکامل نرمال سیستم‌های بدن شود. عوارض ناشی از این اختلال؛ مانند بد شکلی اندام‌ها می‌توانند طولانی مدت باشند.
والدینی که با تشخیص بیماری‌های ژنتیکی خطرناک در جنین مواجه می‌شوند، باید بین بزرگ کردن کودکی با اختلالات ژنتیکی و خاتمه دادن به بارداری، یکی را انتخاب کنند. راه سوم انتخاب ژن درمانی قبل از تولد است. با این حال این روش درمانی نیز خطرات خود را دارد: ممکن است ژن درمانی موفقیت آمیز نباشد. در اینصورت والدین با نوزادی روبرو می‌شوند که شدیدا بیمار است و در حالیکه آن‌ها برای بزرگ کردن او آماده نیستند. در مواردی نیز ممکن است ژن درمانی به جای خاتمه دادن به یک بیماری ژنتیکی کشنده، باعث تبدیل آن به یک بیماری طولانی مدت دیگر شود که طبیعتا در اینصورت نیز باعث تحمیل شرایط ناخوشایند به والدین و خود کودک می‌شود.
به علت خطراتی که ذکر شد، دانشمندان باید نسبت به جنبه‌های مختلف ژن درمانی قبل از تولد در انسان احتیاط لازم را پیشه کنند. طبق گفته‌ی Peranteau اگر برای یک بیماری ژنتیکی درمان مناسب کافی بعد از تولد وجود داشته باشد، بهتر است همان درمان‌ها صورت گیرد.
مبدا ژن درمانی قبل از تولد
دانشمندان از زمانی که مطالعه در مورد ژن درمانی بعد از تولد را آغاز کرده‌اند، بر روی ژن درمانی قبل از تولد نیز کار کرده‌اند. اولین شواهد، مطالعات انجام گرفته بر روی مدل‌های جانوری در سال ۱۹۹۵، درست چند سال بعد از اولین تلاش‌ها برای ژن درمانی در انسان بود. یافته‌ها نشان داد می‌توان ژن را قبل از تولد وارد ارگانیسم‌های خاصی کرد.
مقاله مرتبط: انواع ژن درمانی
دانشمندان ژن درمانی قبل از تولد را نه تنها فرصتی برای درمان بیماری‌هایی که قبل از تولد آغاز می‌شوند، می‌دانند؛ بلکه آن را به عنوان راهی برای دوری از مشکلات ژن درمانی بعد از تولد محسوب می‌کنند.
Charles Coutelle یکی از دانشمندان کالج لندن می‌گوید:
اگر صادق باشم یکی از دلایلی که من را به ژن درمانی قبل از تولد در اواسط دهه‌ی ۱۹۹۰ تشویق کرد، ناامیدی از روش‌های ژن درمانی کنونی بود.
او در یکی از اولین مطالعات ژن درمانی در انسان که برای سیستیک فیبروزیس انجام گرفت، مشارکت داشته است. سیستیک فیبروزیس یک اختلال ژنتیکی است که ریه‌ها و سایر ارگان‌‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. وارد کردن ژن به داخل سلول‌های ریه افراد با این اختلال؛ حتی در کودکان دشوار بود. علت این بود که مجاری هوایی پر از موکوز غلیظی و آسیب بافتی بود. همچنین اختلال در عملکرد سیستم ایمنی نیز به عنوان یک مانع عمل میکند. به عقیده‌ی Coutelle ژن درمانی سیستیک فیبروزیس در داخل رحم آسان‌تر است. با کمک مایع آمنیوتیک که می‌تواند آزادانه به ریه‌ها وارد و از آن‌ها خارج شود، ژن درمانی را انجام داد.
مقاله مرتبط: بیماری‌های مادرزای: سیستیک فیبروزیس (CF)
هدف ما بهره گرفتن از مکانیسم‌های نرمال دخیل در تکامل جنین است.
Coutelle و همکارانش از تکنیک‌های مختلف در مدل‌های موش استفاده کردند تا وکتور مناسب علیه سیستیک فیبروزیس و سایر بیماری‌های جدی بیابند. مهمترین یافته که امروزه نیز بسیار قابل توجه است، در سال ۲۰۰۴ بدست آمد. در آن سال گروهی از دانشمندان از جمله Coutelle و Waddington هموفیلی B که یک اختلال در انعقاد خون است را در موش‌ها قبل از تولد اصلاح کردند. در این روش از ویروس‌هایی که حاوی نسخه‌ی دست نخورده از فاکتور IX که یک پروتئین انعقادی است، بهره گرفتند.
این تیم مجبور بودند که وکتور‌های به کار رفته را تعویض کنند، برای مثال وکتوری که برای درمان هموفیلی به کار می‌رفت، دارای تاثیر موقتی بود. درمان دیگر شاید با اینکه تاثیر بلند مدت‌تری داشت؛ اما منجر به افزایش خطر تومور‌های کبدی می‌شد. پیشرفت در زمینه ژن درمانی قبل از تولد در خصوص بیماری هموفیلی باعث یافته‌های زیادی شد.
Coutelle معتقد است:
اگر برای درمان یک بیماری، ژن درمانی بعد از تولد کاملا جا افتاده باشد، دیگر احتیاجی به ژن درمانی قبل از تولد نیست؛ مگر در صورتی که دلایل کافی برای آن وجود داشته باشد.
پیگیری اهداف
Waddington در فکر یافتن بیماری چالش برانگیزتری بود که عوارض آن سریع‌تر نمایان شود که در آن راستا بیماری گوچر را انتخاب کرد. این بیماری فقط یکی از اختلالات متابولیکی؛ مانند بیماری تِی_ سَکس (Tay–Sachs)، نیمن پیک (Niemann–Pick) و موکوپلی ساکاریدوزیس را شامل می‌شود. این بیماری‌ها نیز قبل از تولد در رحم باعث آسیب می‌شوند؛ در نتیجه می‌توانند هدف خوبی برای ژن درمانی قبل از تولد به کار گرفته شوند.
محققان دیگر بر این باورند که هموفیلی A هنوز به عنوان هدف درمانی خوبی باید برای ژن درمانی به کار گرفته شود. محققان به سرپرستی Graça Almeida-Porada و Christopher در دانشگاه ویک فارست در وینستون سایلم در کارولینای شمالی، بر روی نمونه گوسفندی مبتلا به هموفیلی کار می‌کنند. این نوع از هموفیلی عامل حدود هشتاد درصد از نمونه‌های هموفیلی در انسان است. درمان این نوع از هموفیلی نسبت به هموفیلی نوع B از طریق ژن درمانی بعد از تولد دشوار‌تر است. علت این است که پروتئین دخیل در این نوع هموفیلی؛ یعنی فاکتور VIII، از لحاظ ایمنی زایی بسیار فعال است. به عقیده‌ی Almeida-Porada بسیاری از افراد مبتلا به نوع شدید هموفیلی نوع A، آنتی بادی علیه فاکتور VIII تولید می‌کنند. این آنتی بادی‌ها ژن درمانی را پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر میکند. هدف ژن درمانی قبل از تولد در مورد هموفیلی نوع A، ایجاد تحمل نسبت به پروتئین انعقادی است. این بیماران دیگر در برابر این پروتئین پاسخ ایمنی ایجاد نخواهند کرد. هدف این تیم تحقیقاتی درمان هموفیلی نوع A در جنین گوسفند از طریق گرفتن سلول‌های بنیادی از مایع آمنیوتیک، اصلاح ژن مربوط به فاکتور انعقادی VIII و وارد کردن مجدد این سلول‌ها به جنین بود.
مقاله مرتبط:
مطالعات ژن درمانی قبل از تولد در نمونه‌های جانوری به میزان موفقیت در دسترس بودن نمونه‌های جانوری با بیماری که مد نظر است، میزان پیشرفت در ژن درمانی بعد از تولد و سایر درمان‌های تجربی؛ مانند درمان از طریق سلول‌های بنیادی در رحم یا پیوند مغز استخوان بستگی دارد.
محققان در دانشگاه ییل (Yale) در شهر نیوهیون در ایالت کنتیکت در ماه ژوئن، اختلال ژنتیکی بتا تالاسمی را در جنین موش اصلاح کردند. این بیماری در اثر جهش در ژن بتا گلوبین، که زیر واحد هموگلوبین (پروتئین حمل کننده‌‌ی اکسیژن در گلبول‌های قرمز) را کد میکند، ایجاد می‌شود. در بیماری بتا تالاسمی، توان هموگلوبین در حمل اکسیژن کاهش می‌یابد و در نهایت باعث خستگی، باز ماندن از رشد و آسیب ارگان‌‌ها می‌شود.
در این مطالعه محققان برای ژن درمانی از وزیکول‌هایی به نام پپتید نوکلئیک اسید‌ها (PNAs) استفاده کردند.
PNA ها ذراتی حاوی پلی مر‌های سازگار با بافت هستند. این ذرات حاوی نسخه‌ی دست نخورده از ژن بتا گلوبین می‌باشند. به عقیده‌ی Glazer اونکولوژیست رادیولوژی و متخصص ژنتیک در دانشگاه ییل، یکبار تزریق داخل رحمی این مولکول‌ها، باعث اصلاح فنوتیپ موش‌ها بعد از تولد شده است.
آن‌ها با کمک PNAs و با بهره گرفتن از مکانیسم‌های اصلاح DNA در سلول و با صرف نظر از مشکلات مربوط به ژن درمانی توسط ویروس‌ها، نسخه‌ی تصحیح شده‌ی ژن بتا گلوبین را وارد ژنوم کردند.
قطعا در این مورد نیز ژن درمانی قبل از تولد امن‌تر از ژن درمانی بعد از تولد خواهد بود. طبق گفته‌ی Glazer سلول‌ها قبل از تولد به ژن درمانی پاسخ بهتری می‌دهند. به علت تقسیم بسیار سریع سلول‌ها، ظرفیت اصلاح DNA بالا است.
اهداف Glazer ژن درمانی به کمک PNA برای بیماری‌های تالاسمی و آنمی داسی شکل ابتدا در کودکان، سپس در بچه‌های زیر هفت سال و در نهایت در جنین در داخل رحم بود. اما سرعت پیشرفت آن‌ها در این زمینه مشخص نیست. به عقیده‌ی Chan درمان از طریق سلول‌های بنیادی و رسیدن آن به مداخلات بالینی سریع‌تر است. طبق گفته‌ی او پیوند سلول‌های بنیادی و مغز استخوان نسبت به ژن درمانی بیخطرتر هستند.
مزایای این مطالعات
با اینکه ژن درمانی هنوز به مداخلات بالینی دست نیافته است، با این حال به عنوان ابزاری خوبی برای مطالعه تلقی می‌شود. Marianne Carlon محقق ژن تراپی در دانشگاه کاتولیک لوون در بلژیک، بر این باور است این قضیه در مورد سیستیک فیبروزیس صدق میکند.
Carlon و همکارانش به این نتیجه رسیدند که وکتور‌های ژن درمانی در ریه‌های جنین خوک نسبن به ریه‌های خوک به دنیا آمده، بهتر پخش می‌شوند. اکنون سوال این است که آیا دست یافتن به آن حد از توزیع ژن در سلول‌های ریه برای ژن درمانی سیستیک فیبروزیس ضروری است یا فقط ژن درمانی در حد متوسط و بالا در مجاری هوایی برای پیشگیری از آسیب ریوی کافی است.
مطالعاتی که در نمونه‌های جانوری داخل رحمی انجام گرفت، به یافتن پاسخ این سوال که چه نوع سلول‌هایی باید در مجاری هوایی برای ژن درمانی مورد هدف قرار گیرند تا بهترین نتیجه در خصوص سیستیک فیبروزیس حاصل شود، کمک کرد.
Carlon معتقد است ژن درمانی بعد از تولد به صرفه‌تر است؛ حتی اگر انتخاب سلول درست برای ژن درمانی دشوار باشد، این روش در خصوص سیستیک فیبروزیس بهتر خواهد بود.
یک علت اینکه چرا ژن درمانی قبل از تولد در خصوص سیستیک فیبروزیس زیاد عملی نیست، این است که نمایش بیماری‌های داخل رحمی هنوز گسترش نیافته است. در نتیجه تشخیص بیماری به ندرت قبل از تولد انجام می‌شود. Coutelle می‌گوید:
بدون تشخیص پیش از تولد امکان ژن درمانی قبل از تولد نیز وجود ندارد.
کلینیسین‌ها باید بتوانند علاوه بر تشخیص بیماری قبل از تولد، شدت بیماری را پیشبینی کنند که آیا برای آن بیماری ژن درمانی لازم است یا نه. این‌ها سوال‌هایی پیچیده‌ای هستند که هنوز پاسخ آن‌ها در خصوص همه‌ی اختلالات قبل از تولد بدست نیامده است. اگر برای درمان یک بیماری قبل از تولد راهکاری وجود نداشته باشد، تشخیص آن نیز داخل رحم سخت خواهد بود.
Waddington معتقد است که ما راه درمان را پیدا کرده و یافتن راه تشخیص را تسهیل خواهیم کرد. دیدگاه او رافتن راهی برای دور زدن این وضعیت بود.
اولین ژن درمانی در مطالعات انسان موردی خواهد بود که وضعیتی را که فقط داخل رحم مشاهده می‌شود را مورد هدف قرار دهد؛ زیرا آن بیماری فقط قبل از تولد فرد را تحت تاثیر قرار می‌دهد. محدودیت‌های رشد داخل رحمی (IUGR) تقریبا سه درصد از همه‌ی بارداری‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد و منجر به تولد نوزادانی با وزن بسیار پایین می‌شود.
برخلاف سایر اختلالات که مورد هدف ژن درمانی قبل از تولد قرار می‌گیرند، IUGR یک اختلال تک ژنی نیست. IUGR زمانی دیده می‌شود که به علل نامشخص، اصلاح شریان‌های رحمی صورت نمی‌گیرد. در نتیجه جفت و در نتیجه خود جنین از لحاظ خون و مواد غذایی دچار محدودیت می‌شود.
گروه تحقیقاتی David به این نتیجه دست یافتند که IUGR را می‌توان با استفاده از ژن درمانی حداقل در گوسفند، می‌توان تعدیل کرد. آن‌ها ژنی که VEGF را کد میکند، وارد کردند. VEGF پروتئینی است که رشد عروق خونی را در قسمت مادری جفت تحریک میکند. آن‌ها در حقیقت ژن درمانی را در مادر انجام دادند تا وضعیتی که در مادر باعث آسیب جنین می‌شود را درمان کنند.
VEGF تنها به مدت یک هفته بیان شد؛ اما این زمان برای راه اندازی رگ زایی در جفت کافی است. مطالعه دیگری برای تحریک رشد عروق خونی در قلب و گردن انجام گرفته است، در نتیجه این شیوه درمان (آنژیوژنز درمانی) به شکل بعد از تولد به خوبی جا افتاده است. اقدامات David برای ژن درمانی در خانم‌های باردار از لحاظ اخلاقی مورد تایید قرار گرفته است.
به عقیده‌ی او، IUGR عامل اصلی بیماری‌های قلبی عروقی و دیابت در بزرگسالی است. هیچ درمانی برای آن وجود ندارد و خانم‌های باردار نسبت به انجام اقدامات درمانی رضایت نشان می‌دهند.
این مقاله توسط Sarah Deweerdt نوشته شده است.
