Selvmordsgenterapi

Selvmordsgenterapi er en betegnelse på en behandlingsform der man ved hjelp av genterapi vil endre cellers DNA, og nærmere bestemt et individs gener, i terapeutisk hensikt. Selvmordsgenterapi som metode ble utviklet på 1980-tallet, med sikte på å behandle kreft.

Metode

Genene er de proteinkodende delene av menneskenes arvestoff, og er altså målområdet for genterapi. Genterapi tar sikte på å fjerne eller endre eksisterende gener, men kan også være å tillegge nye gener. Genterapi kan overordnet deles inn i somatisk genterapi og kimcelle-genterapi. Genterapi rettet mot somatiske celler vil endre genene i målcellene (for eksempel tumorceller), men disse vil ikke bli videreført til neste generasjon med celler. Ved å endre genene i kimcelle tar man sikte på å endre et gen slik at dette videreføres ved neste celledeling og således til videre generasjoner med celler. Sistnevnte er naturligvis strengere regulert da denne endringen tar sikte på å være permanent. Fra tidligere hadde man sett hvordan bakterier kunne overføre genetisk materiale seg i mellom og hvordan enkelt virus kunne føre til kreft hos mennesker ved å endre på DNA. De første forsøkene med genterapi tok sikte på å overføre gener ved hjelp av vektorer.^[1] En form for genterapi er selvmordsgenterapi. som ble utviklet på 1980-tallet for å behandle kreft.

Enkelt forklart baserer metoden seg på to steg:

1. Første steg går ut på å sette inn et gen i tumorcellene som koder for et spesifikt enzym (selvmordsgenet). Dette enzymet kan omdanne et prodrug til en giftig metabolitt som dreper cellen.
2. Det andre steget går ut på å administrere et prodrug. Hovedhensikten er å modifisere tumorcellenes DNA slik at de dør av et medikament, mens cellene som ikke er utsatt for genforandringen overlever.

Når man prøver å finne et såkalt prodrug, er det flere aspekter som vektlegges. Viktigst er at produget må kun aktiveres av det tilførte «unaturlige» enzymet, altså være spesifikt. Man ønsker også at cellen som drepes ikke skader friskt vev. Avhengig av hvor målorganet ligger i kroppen må prodruget ha evne til å krysse eventuelle barrierer. For eksempel vil substrater til hjernen være spesielt tilpasset for å kunne passere blod-hjerne-barrieren. Via celle-cellekontakter kan celler overføre substrater til hverandre. Det er foreløpig urealistisk å tenke seg et scenario hvor man klarer å transdusere alle cellene i en tumor. Derfor tar man sikte på en såkalt bystander-effekt. Den går ut på at etter at prodruget er omdannet til en giftig metabolitt av en celle som er transdusert med det aktuelle enzymet, så kan den giftige metabolitten overføres til en nabocelle og således drepe også den.^[2]

Historie

Ideen om å bruke mikrobiologisk enzymer til å gjøre humane celle sårbare for antimikrobielle midler kom på 1980-tallet. Da viste man at ved å overføre genetisk materiale fra Herpes simplex virus 1 til celler, kunne man øke sårbarheten for aciklovir.^[3] Aciklovir er et kjent legemiddel som brukes i behandling av herpesinfeksjoner, og tolereres relativt bra av den menneskelige organismen ettersom det først og fremst virker på DNA-syntesen til herpesviruset.^[4]

Det var først etter oppdagelsen på 1980-tallet at man forsøkte å overføre prinsippet til kreftbehandling. Per 2022 er det hovedsakelig tymidinkinase fra herpes simplex-viruset og cytosin deaminase fra escherichia coli som benyttes som selvmordsgener.^[5][6]

Ulike metoder

Cytosin deaminase

Cytosin deaminase er et enzym som finnes i bakterier og enkelte eukaryoter, som for eksempel gjær. Det er involvert i pyrimidin-metabolismen, hvor det deaminerer cytosin til 5-fluorurasil. 5-fluorurasil inhiberer DNA-syntesen ved ta plassen til basene tymidin og urasil.^[7]

5-fluorurasil er altså i seg selv en potent cellegift, og har vært brukt i kreftbehandling. Ved å gi 5-fluorurasil direkte, vil man også drepe friske celler på lik linje med annen cellegift.^[8]

Ved å først transdusere celler med cytosin deaminase kan man etterpå gi cytosin som et prodrug som først blir celledrepende etter det deamineres til 5-FU i de transduserte cellene. På denne måten blir behandlingen mer spesifikk.

I dag bruker man både cytosin deaminase fra bakterier og en genetisk modifisert cytosin deaminase fra gjær. Begge deler har vært forsøkt benyttet i behandling av høygradig gliom.^[9]

Tymidin kinase

Herpes simplex-viruset (HSV) har et gen for tymidin kinase som er ulikt det man finner hos mennesker. Tymidin kinase funnet i HSV kan i større grad katalysere ulike prodrug.^[10] Man kan derfor gi en tymidin analog som først og fremst fosforyleres av viral tymidin kinase. Når den fosforylerte analogen blir inkorporert under DNA-syntesen, resulterer dette i at cellen dør. Som prodrug kan man bruke ganciklovir, aciklovir og brivudin.^[11]

Vektor og genlevering

Med vektor menes en organisme som kan overføre et smittestoff. Egnede organismer kan for eksempel være mus og rotter.^[12] I forbindelse med genterapi omtaler man viruset som har til hensikt å sette inn et nytt gen i målcellen, som vektor. Ulike varianter har vært forsøkt. I dag^[når?] har adenovirus i større grad erstattet retrovirus, da adenovirus også kan trandusere ikke-delende celler.^[13] En ulempe ved bruk av virus er at de stimulerer immunsystemet, og således kan bli ødelagt før de rekker å levere genet til målcellen. Av den grunn har andre geneleveringsmetoder vært forsøkt, og er stadig under utvikling (per 2022). Liposomer og miceller er nanopartikler som er dannet av lipider, og som har vist seg å effektivt kunne levere gener til målcellene i tillegg til at de kan passere blod-/hjerne-barrieren. I tillegg har nanopartikler den fordelen at de er ikke-immunstimulerende.^[14] Sammenlignet med virusbaserte vektorer regnes de ikke virale vektorene å være rimeligere å produsere, og for å være tryggere å bruke blant annet fordi de ikke stimulerer immunsystemet. Videre kan man gi gjentatte doser, og metoden gir mulighet til å levere større gener da virus ofte har en plassbegrensning.^[15]

Nyere metoder

Selvmordsgenterapi faller under den klassiske typen av geneterapi hvor et gen introduseres. De siste tiårene har også genredigering fått stadig økt oppmerksomhet. Prinsippet for genredigering bygger på å gå inn å endre på enkelte bestanddeler i genene i motsetning til den konvensjonelle former hvor hele gener settes inn i arvestoffet. De tre mest kjente formene for genredigering er Zink finger nukleaser (ZFNs), transkripsjons aktivator-liknende effektor nukleaser (TALENs) og CRISPR-Cas9.^[16]

Selvmordsgenterapi under klinisk utprøving

I 2012 var over 70 % av all forskning på genterapi knyttet til kreftbehandling. Spesielt har mye forskning vært rettet mot behandling av kreftformer som glioblastom og bukspyttkjertelkreft, som responderer dårlig på konvensjonell kreftbehandling med cellegift. Til tross for en rekke kliniske studier, venter man (per 2022) enda på det store gjennombruddet. Videre forskes det på hvordan selvmordsgenterapi kan brukes i HIV-behandling.^[17]