Kanker, aids, hemofilie (bloederziekte), taaislijmziekte, sikkelcelanemie, hart- en vaatziekten, griep, reuma, suikerziekte, hepatitis. Dit is maar een greep uit de aandoeningen waarbij gentherapie hulp zou kunnen bieden. De reeks vragen die de therapie oproept is echter ook niet mis: Zal het ooit kunnen? Zo ja, wanneer? Is het wel veilig? Wordt het betaalbaar?

Op dit moment ondergaan tientallen Belgen en Nederlanders met een hersentumor gentherapie. Stuk voor stuk hebben ze een snel groeiende tumor die chirurgisch niet volledig te verwijderen is. Gentherapie is voor hen de behandeling van de laatste hoop.

De therapie verloopt in twee stappen. Eerst krijgt de patiënt in zijn tumor een injectie met een zelfmoordgen. Het is de bedoeling dat alleen de tumorcellen, en niet de andere hersencellen, dat gen opnemen. In een tweede fase ligt de patiënt gedurende twee weken enkele uren per dag aan een infuus dat een speciaal ontworpen pro-medicijn bevat. In toegediende vorm is de stof volkomen onschadelijk. Normale cellen ondervinden er geen enkele hinder van; het product is alleen dodelijk voor cellen die het zelfmoordgen hebben opgenomen. Dergelijke cellen vertalen het zelfmoordgen in een eiwit dat het pro-medicijn omzet in een giftige stof. Onder ideale omstandigheden doodt het gif dus alle tumorcellen en laat het de gezonde cellen ongemoeid.

Wereldwijd nemen tweehonderdvijftig patiënten deel aan deze experimentele gentherapie. Een dergelijk groot aantal patiënten is alleen mogelijk als het klinisch onderzoek de derde en laatste fase heeft bereikt. Proeven op celculturen, proefdieren en kleinere groepen mensen hebben dan aangetoond dat de therapie veilig en hoopgevend is. Momenteel is de bovenstaande gentherapie de enige die tot in de derde fase is doorgedrongen.

Toepassing

Gentherapie is de overdracht van nieuw erfelijk materiaal naar de cellen van een individu met een therapeutisch voordeel als resultaat. Deze nieuwe therapie heeft meer toepassingsmogelijkheden dan je op het eerste gezicht zou denken. Ze biedt niet alleen mogelijkheden voor de behandeling van erfelijke ziekten, maar ook voor hart- en vaatziekten, reuma, aids en kanker.

Alleen voor aandoeningen waarbij zich een onherstelbare beschadiging of wijziging heeft voorgedaan, biedt ook gentherapie geen hoop op genezing. Dat is met name het geval bij ernstige aangeboren afwijkingen, zoals het syndroom van Down waarbij een kind door een extra chromosoom 21 mentale achterstand en fysieke afwijkingen heeft.

Bij erfelijke ziekten ligt het nut van gentherapie voor de hand. Hemofiliepatiënten bijvoorbeeld missen een correct exemplaar van één bepaald gen. Zonder de juiste code kunnen de cellen geen werkzaam bloedstollingseiwit maken. De inbreng van een extra (correct) gen lijkt een logische oplossing.

Nog eleganter is het om in het defecte gen een verbetering aan te brengen. In principe kan dat, zo blijkt uit een test bij proefdieren die het blad Nature Medicine onlangs publiceerde.

Blokkade

Door inbreng of correctie van een gen maakt gentherapie de correcte aanmaak van een bepaald eiwit weer mogelijk. Het omgekeerde, de productie van een bepaald eiwit blokkeren, kan echter ook.

Het zou een goede zaak zijn als de inbreng van erfelijk materiaal bijvoorbeeld kon voorkómen dat het lichaam hiv-genen in eiwitten vertaalt. Dat kan met antisense-moleculen, stukjes erfelijk materiaal die de tegenpool zijn van een stuk erfelijk materiaal in de cel. Anti-sense-molecuul en cellulair erfelijk materiaal ritsen zich aan elkaar. Met het gevormde complex kan de celmachinerie die genen in eiwitten vertaalt niets meer aanvangen: het gen is geblokkeerd.

De auteurs van dit artikel combineren de antisense-strategie tegen hiv-eiwitten met het inbrengen van een extra gen. Het ingebrachte gen codeert voor een eiwit dat hiv-eiwitten bindt en onschadelijk maakt.

Uitwendige gentherapie

Bij de eerste patiënt die gentherapie onderging, zag de behandeling eruit als een gewone bloedtransfusie. Het vierjarige meisje leed aan een erfelijke ziekte waarbij het beenmerg door een defect ADA-gen geen normale witte bloedcellen vormt. Zonder werkzame witte bloedcellen heeft het lichaam geen enkele verdediging tegen infecties.

Artsen namen bloed af bij het kind, vermenigvuldigden de witte bloedcellen en brachten er een correcte versie van het ADA-gen in aan. Nadien kreeg het patiëntje haar eigen, nu gezonde, cellen weer ingespoten. Ze genas, maar het was niet duidelijk of dat aan de gentherapie lag of aan de klassieke behandeling die ze voor de zekerheid ook nog kreeg.

Inwendige gentherapie

Niet elke gentherapie verloopt buiten het lichaam van de patiënt. Dat heeft meerdere redenen. Om te beginnen is uitwendige gentherapie een arbeidsintensieve en dure methode. Bovendien vallen alleen bloed- en beenmergcellen eenvoudig uit het lichaam te halen. Voor de meeste cellen en weefsels is isolatie en in kweek brengen van de cellen moeilijk en soms onmogelijk.

In deze gevallen moet de genoverdracht inwendig gebeuren. Net als bij een klassiek geneesmiddel neemt de patiënt dan een pil of krijgt hij een injectie; alleen zit er in dit middel erfelijk materiaal. Pas in het lichaam vindt de overdracht van het erfelijk materiaal naar de cellen plaats.

Ook inwendige gentherapie heeft nadelen. Sommige cellen, bijvoorbeeld hersencellen, zijn heel moeilijk bereikbaar. Bovendien is het niet uitgesloten dat het vreemde gen niet alleen in de doelwitcellen terechtkomt, maar ook in de voortplantingscellen. De erfelijke verandering treft dan niet alleen de patiënt zelf, maar ook zijn eventuele nakomelingen. Omwille van de talloze ethische vragen die dat met zich meebrengt, wil men dat vermijden.

Gentransport

In theorie lijkt gentherapie gemakkelijk genoeg: breng het juiste gen in de juiste cel en klaar is kees. Wetenschappers zoeken echter al jaren naar een manier om genoverdracht voldoende efficiënt te laten verlopen. Uit zichzelf dringt een stukje erfelijk materiaal zo goed als nooit een cel binnen. Alleen spiercellen lijken gemakkelijk ‘naakt’ DNA op te nemen.

In het algemeen komt onverpakt DNA moeilijk door de celmembraan, het buitenste, beschermende vlies om de cel. Het erfelijk materiaal moet gekoppeld worden aan een vector. Dat kan een scheikundige stof zijn die met de celmembraan versmelt. Een ander type vector omringt het therapeutische gen met een vetlaag die sterk lijkt op een natuurlijke celmembraan. Zo’n liposoom versmelt gemakkelijk met de celmembraan, waarna de inhoud in de cel terechtkomt.

De industrie kan dit soort vectoren eenvoudig produceren. Bovendien zijn ze relatief veilig in het gebruik. Toch zijn ze verre van ideaal. De genoverdracht gebeurt namelijk weinig efficiënt en de vector maakt geen onderscheid tussen te behandelen en niet te behandelen cellen. Als de genoverdacht al lukt, vertaalt de cel het therapeutische gen slechts een beperkte periode in het overeenkomstige eiwit. Na verloop van tijd breekt de cel de rondzwevende genen af.

In delende cellen raakt het gen bovendien ‘verdund’. Als de cel zich vermenigvuldigt, verdelen de ingebrachte therapeutische genen zich over de dochtercellen.

Virus

Inspiratie voor de eerste en nog steeds veelgebruikte vectoren haalden wetenschappers uit de natuur. Virussen zijn niets meer dan een kluwen erfelijk materiaal dat samen met enkele eiwitten verpakt zit in een eiwitmantel. De mantel smokkelt het erfelijk materiaal een gastcel binnen.

Het virus krijgt de cel zelfs zover dat deze de ingebrachte genen in eiwitten vertaalt en beschermt tegen afbraak door de cel. Dat is net wat bij gentherapie vaak nodig is. Als je het therapeutische gen met een virale eiwitmantel kunt omhullen, doet het virus de rest.

Veelgebruikte virale vectoren zijn gebaseerd op het muizenleukemievirus, het menselijk adenovirus dat verkoudheid veroorzaakt, het adeno-geassocieerd virus en zelfs het aidsvirus. Het muizenleukemievirus veroorzaakt voor zover bekend geen ziekten bij de mens. Wie een menselijk virus als vector inzet, probeert echter toch te vermijden dat de patiënt bovenop de ziekte waarvoor je hem behandelt ook nog eens een ziekmakende virale infectie krijgt.

Virale vectoren zijn daarom ‘kreupele’ virussen. In tegenstelling tot normale virussen bevatten ze geen mantelgenen en/of genen die ervoor zorgen dat de cel de mantelgenen kan vertalen. Zonder de mogelijkheid om de cel een nieuwe eiwitmantel te laten maken, ontstaan er geen nieuwe virusdeeltjes die andere cellen kunnen infecteren. Zo blijft de verspreiding van een virale vector controleerbaar.

Voor de patiënt zelf beperkt dat de kans dat zijn voortplantingscellen ongewild gewijzigd raken. Tegelijk kan hij geen andere mensen met de vector besmetten. Dat is met name belangrijk als het ingebrachte gen bij een gezond persoon vergiftigingsverschijnselen kan veroorzaken.

Afweer

Virale vectoren zorgen meestal voor een efficiëntere genoverdracht dan hun niet-virale tegenhangers. De medaille heeft echter ook een keerzijde, in de vorm van drie (mogelijke) problemen. Bij inwendige gentherapie rijst om te beginnen het probleem dat het lichaam van de patiënt de eiwitmantel van de virale vector als een indringer beschouwt en zich ertegen verdedigt.

Zo moest in de Verenigde Staten een proef worden afgebroken omdat een behandelde vrouw koorts kreeg. Zelfs als het de eerste keer goed gaat, doet de afweerreactie het effect van een tweede behandeling teniet. Na enkele weken verschijnen namelijk antistoffen tegen de eiwitmantel in het bloed. Die maken de vectoren direct na toediening onschadelijk.

Bij gebruik van vectoren op basis van een veelvoorkomend virus zoals het adenovirus, kunnen dergelijke antistoffen zelfs al vóór de eerste gentherapeutische behandeling aanwezig zijn. Bij het gebruik van adenovirale vectoren richt de afweerreactie zich bovendien niet alleen tegen de vectordeeltjes, maar ook tegen de cellen waar de vector is binnengedrongen. Een adenovirale vector bevat nog enkele virale genen, die na vertaling op de celmembraan terecht komen.

De ‘genezen’ cel is herkenbaar voor het afweersysteem en wordt na enige tijd vernietigd. Sinds kort lukt het om een adenovirale vector zonder virale genen te ontwerpen, maar de vector kan soms onstabiel zijn.

Uitwisselen

Een tweede probleem is dat geen enkele virale vector, ondanks het ontbreken van genen om de cel nieuwe vectordeeltjes te laten maken, ooit honderd procent veilig is. Theoretisch bestaat de kans dat de vector erfelijk materiaal uitwisselt met virussen die deze genen wél bevatten. Dat kan zowel in het lichaam van de patiënt als tijdens de productie van de vector gebeuren.

Uitwisseling van genen is mogelijk als vector en virus sterk op elkaar lijken. De huidige generatie vectoren bevat dan ook zo weinig mogelijk oorspronkelijk viraal materiaal. Na productie ondergaan virale vectoren een grondige controle op de eventuele aanwezigheid van de genen. Een positieve uitslag – ja, er zijn zulke genen – betekent afkeuring.

Integratie

Een derde en laatste probleem doet zich alleen voor bij het gebruik van virale vectoren die gemaakt zijn op basis van retrovirussen, zoals het muizenleukemievirus. Retrovirussen integreren hun genen in het erfelijk materiaal van hun gastheercel. Ook een retrovirale vector plakt het therapeutische gen ergens tussen de genen van de gastheer.

Positief is dat de ingebrachte genen niet ‘verdund’ raken als de cel zich deelt. Net voor de deling verdubbelt de cel niet alleen haar eigen genen, maar ook de therapeutische genen. Een negatief aspect is echter dat de integratie van het vreemde gen willekeurig gebeurt. Een gen dat midden in een ander gen ploft en de activiteit daarvan beïnvloedt, vormt vooral een risico als het geactiveerde gen een kankergen is of het geïnactiveerde gen een kankersuppressiegen is.

Elke cel beschikt over een batterij kankersuppressiegenen die haar ervan weerhouden ongecontroleerd te gaan delen. Gelukkig is een enkel geactiveerd kankergen of geïnactiveerd suppressiegen bij lange na niet voldoende om kanker te veroorzaken.

Efficiëntie

In geen enkele patiënt kon ooit een virale vector met mantelgenen worden teruggevonden. Geen enkele patiënt ontwikkelde ooit een tumor. Nog nooit bleek een ingebracht gen in de voortplantingscellen terecht te zijn gekomen. Is dat niet voldoende bewijs dat gentherapie veilig is? Niet noodzakelijkerwijs.

Het grote struikelblok is dat zelfs de meest geavanceerde vectoren op dit moment nog onvoldoende effectief genen overdragen. Vectoren kunnen maar een beperkt aantal cellen van het therapeutische gen voorzien, vermoedelijk te weinig voor een tastbaar therapeutisch effect.

De conditio sine qua non om van gentherapie ooit een succes te maken, is een verbeterde efficiëntie van de vector. Pas dan is definitief over de veiligheid te oordelen. Wetenschappers doen hun best om virale vectoren te ontwerpen die minder herkenbaar zijn voor het afweersysteem en dus minder snel worden opgeruimd. Ze gaan na op welke manier ze de vectorproductie kunnen opschroeven en zo per behandeling een hogere dosis vector kunnen toedienen.

Tegelijk onderzoeken ze of een lagere vectordosis de afweerreactie tempert en leidt tot een langduriger expressie. Ze werken ook aan vectoren die het therapeutische gen beter tot expressie helpen brengen en testen of vectoren op basis van andere virussen een beter resultaat geven.

Doelgerichte vectoren

Veel hoop is gevestigd op het ontwerp van doelgerichte vectoren. Deze vectoren richten zich uitsluitend op de cellen waar het therapeutische gen nodig is. Aan alle andere cellen verspillen ze geen energie.

Er zijn meerdere manieren om een vector doelgericht te maken. Sommige doelgerichte vectoren gebruiken net als een virus het natuurlijke mechanisme van de cel om uitwendige stoffen op te nemen. Elke cel in het menselijk lichaam heeft op een celmembraan diverse receptoren. Het zijn vangarmen die functioneren als selectieve toegangspoorten tot de cel. Alleen als de vorm van een eiwit in de vangarm past, brengt die het naar het inwendige van de cel.

Wat is dan de strategie? Zoek een eiwit dat op de receptor van je keuze past en plak het vast aan de buitenkant van de vector. Het voordeel van een doelgerichte vector ten opzichte van een gewone virale vector is dat de keuze zich niet beperkt tot de receptoren waarin de manteleiwitten van het virus passen. Een ruimere keuze betekent meer kans om een receptor te vinden die uitsluitend en tegelijk in voldoende mate op de doelwitcellen voorkomt.

Naast doelgerichte vectoren zijn ook doelgerichte genen, genen die alleen in doelwitcellen tot expressie komen, volop in ontwikkeling. Weer gaat het om een idee dat de mens heeft afgekeken van de natuur. Elke cel van ons lichaam vertaalt alleen die genen die ze nodig heeft en dan nog alleen op het ogenblik dat ze nodig zijn. Toch beschikt ze over de complete genenset. Om ervoor te zorgen dat bijvoorbeeld een maagcel wel maagsap maar geen zweet produceert, bestaat het eerste gedeelte van elk gen uit een signaal dat bepaalt in welke cellen het tot expressie komt.

Waarom aan een zelfmoordgen dan geen signaal koppelen dat zegt dat alleen kankercellen het mogen vertalen? Het signaal kan er zelfs voor zorgen dat de cel het gen alleen vertaalt in aanwezigheid van een bepaald medicijn. Geen medicijn betekent geen expressie. Zo kan de arts ingrijpen als de patiënt last krijgt van bijwerkingen door een te sterk vertaald therapeutisch gen.

Onthouding

Bij mensen kon het therapeutisch effect van gentherapie nog nooit onweerlegbaar worden aangetoond. Bij dieren lukte dit al meerdere keren. Muizen met een uitgeschakelde stollingsfactor bleken na behandeling met een adenovirale vector met het gen voor de bloedstollingsfactor niet leeg te bloeden na verwondingen. In andere muizen verkleinde of verdween een hersentumor na introductie van eenrovirale vector met een zelfmoordgen.

Het verschil in resultaat tussen proefdieren en mensen heeft meer dan één verklaring. Om te beginnen zijn de meeste proeven bij mensen vooral gericht op veiligheid en in mindere mate op de efficiëntie van de genoverdracht. Nieuwe vectorsystemen dringen slechts traag door tot het stadium van de klinische proeven.

Daarnaast was uit sommige klinische testen geen conclusie te trekken, omdat de ethiek verbiedt patiënten te onthouden van klassieke therapie die in bepaalde gevallen helpt. Het is dan onmogelijk te achterhalen of genezing te danken is aan de klassieke therapie of aan de gentherapie.

Tenslotte reageren mensen soms compleet anders dan proefdieren en blijkt een therapie die in het proefdieronderzoek veelbelovend leek bij mensen op niets uit te draaien.

Onthouding

Bij mensen kon het therapeutisch effect van gentherapie nog nooit onweerlegbaar worden aangetoond. Bij dieren lukte dit al meerdere keren. Muizen met een uitgeschakelde stollingsfactor bleken na behandeling met een adenovirale vector met het gen voor de bloedstollingsfactor niet leeg te bloeden na verwondingen. In andere muizen verkleinde of verdween een hersentumor na introductie van eenrovirale vector met een zelfmoordgen.

Het verschil in resultaat tussen proefdieren en mensen heeft meer dan één verklaring. Om te beginnen zijn de meeste proeven bij mensen vooral gericht op veiligheid en in mindere mate op de efficiëntie van de genoverdracht. Nieuwe vectorsystemen dringen slechts traag door tot het stadium van de klinische proeven.

Daarnaast was uit sommige klinische testen geen conclusie te trekken, omdat de ethiek verbiedt patiënten te onthouden van klassieke therapie die in bepaalde gevallen helpt. Het is dan onmogelijk te achterhalen of genezing te danken is aan de klassieke therapie of aan de gentherapie.

Tenslotte reageren mensen soms compleet anders dan proefdieren en blijkt een therapie die in het proefdieronderzoek veelbelovend leek bij mensen op niets uit te draaien.

Langzaam maar zeker krijgen we een beeld van de vector van de toekomst, een vector die als tussenvorm de goede eigenschappen van virale en niet-virale vectoren combineert en die efficiënter en doelgerichter werkt. De hype die met de eerste gentherapeutische proeven gepaard ging is ondertussen wat geluwd.

Het onderzoek gaat verder. Binnen de eerste tien jaar zou het moeten lukken om te bewijzen dat gentherapie voor bepaalde aandoeningen ook bij mensen een therapeutisch effect kan hebben. Toepassingen op grote schaal zullen nog een stuk langer op zich laten wachten.