유전자 치료

 

일반적으로 모든 사람은 각 부모로부터 하나씩 각 유전자의 2개 사본을 가지고 있습니다. 사람은 약 20,000개의 유전자를 가지고 있으며 대부분은 모든 사람에게 동일합니다. 그러나 사람마다 조금씩 다른 소수의 유전자를 가지고 있습니다. 이러한 유전자의 약간의 차이가 사람들의 특징이 다른 이유입니다.

유전자에는 신체를 만들고 조절하고 유지하는 분자인 단백질을 만드는 지침이 포함되어 있습니다.

 

유전자 요법은 다양한 질병을 치료하거나 예방하기 위해 여러 출처의 유전자를 사용하는 새로운 기술입니다. 질병을 치료하거나 적어도 환자의 임상 상태를 개선하기 위해 유전 물질을 전달하는 것으로 광범위하게 정의할 수 있습니다. 유전자 치료의 기본 개념 중 하나는 바이러스를 유전자 셔틀로 변환하여 관심 있는 유전자를 표적 세포로 전달하는 것입니다. 이 기술을 사용하면 약물이나 수술을 사용하는 대신 유전자를 환자의 세포에 삽입하여 장애(유전 장애, 일부 유형의 암 및 특정 바이러스 감염 포함)를 치료할 수 있습니다. 이 기술의 원리는 신진대사 조작, 유전자 증강 또는 외과적 접근에 사용되는 신체에 새로운 유전자를 대체, 불활성화 또는 도입하는 것을 포함합니다.

유전자 치료는 바이러스 벡터(레트로바이러스, 아데노바이러스) 또는 나체 DNA 주입과 같은 비바이러스 벡터, 전달 유전자를 향상시키는 물리적 방법(전기천공법, 초음파천공법) 또는 화학적 방법을 사용하여 새로운 유전자를 삽입하는 여러 기술을 사용합니다. 전달 유전자를 향상시키는 방법(올리고뉴클레오티드, 하이브리드 방법). 유전자 전달 프로토콜은 유전병, 암 및 후천성 질환에 인간이 사용할 수 있도록 승인되었습니다. 사용 가능한 벡터 시스템이 생체 내에서 유전자를 세포로 전달할 수 있지만 이상적인 전달 수단은 발견되지 않았습니다. 따라서 현재의 바이러스 벡터는 인간에게 매우 주의해서 사용해야 하며 벡터 개발의 추가 진전이 필요합니다.

따라서 과학자들은 유전자 치료가 다양한 유형의 질병 치료에 가장 유망한 응용 분야라고 믿고 있습니다. 유전자 치료는 의학 분야에서 봉기하고 있습니다. 과학자들은 앞으로 몇 년 안에 이것이 모든 유전병의 마지막 치료법이 될 것이라고 믿습니다.

모든 인간은 정상적인 유전자와 일부 결함 있는 유전자를 가지고 있습니다. 일반적으로 개인은 유전자와 관련된 질병이 자신이나 친척에게 나타날 때까지 결함 유전자의 존재를 인식하지 못합니다. 결함 유전자로 인해 발생하는 4,000개 이상의 질병이 확인되었으며, 각각의 심각도는 다양합니다. 인구의 약 10%가 조만간 어떤 종류의 장애를 겪게 될 것입니다.

유전자가 질병의 소인을 담당하지만 환경, 식습관 및 생활 방식이 질병의 발병에 영향을 미칠 수 있습니다. 유전 질환의 예는 낭포성 섬유증으로, 이는 결함 유전자를 지닌 어린이의 생후 첫 해에 자주 나타납니다. 여기서 돌연변이 유전자는 환자의 췌장에서 낭종과 섬유 조직의 발달과 두껍고 점성이 있는 폐 점액 생성을 유발할 수 있으며, 이는 호흡을 매우 어렵게 만들 수 있으며 많은 경우에 치명적일 수 있습니다. 환자의 폐 세포에 도입된 후 폐가 제대로 기능하고 점액을 제거하는 낭포성 섬유증 막횡단 전도 조절 단백질(CFTR 단백질)을 생산할 수 있도록 교정 유전자를 운반하는 바이러스.

일부 유전 질환에는 몇 가지 이점이 있습니다. 인간 생존 질병에 유익한 영향을 미치는 유전 질환의 전형적인 예는 겸상 적혈구 빈혈입니다. 여기서, 결함이 있는 헤모글로빈(Hb) 유전자 사본 2개와 결함이 있는 Hb로 인해 발생하는 혈액 문제 및 결과적으로 기형 적혈구(RBC)를 보유하는 개인. 돌연변이 Hb는 산소에 대한 친화력이 낮고 혈액에서 산소 수송 능력이 떨어집니다. 그러나 결함이 있는 대립유전자의 단일 복제본을 가진 보인자는 질병이 없으며 말라리아에 대한 내성도 있습니다. 결함이 있는 Hb 유전자의 단일 대립유전자를 보유하는 것은 특히 아프리카의 열대 지역과 같이 말라리아가 풍토병인 지역에서 명백한 이점이 있습니다.

유전자 요법은 질병 발병의 원인이 되는 결함 유전자를 교정하는 기술입니다. 연구자들은 잘못된 유전자를 수정하기 위해 여러 접근 방식 중 하나를 사용할 수 있습니다.

유전자 치료의 원리

정상 유전자는 비기능 유전자를 대체하기 위해 게놈 내의 비특이적 위치에 삽입될 수 있습니다. 이 접근 방식이 가장 일반적입니다. 상동 재조합을 통해 비정상 유전자를 정상 유전자로 교체할 수 있습니다. 비정상적인 유전자는 선택적 역돌연변이를 통해 복구될 수 있으며, 이는 유전자를 정상 기능으로 되돌릴 수 있습니다. 유전자 요법은 질병을 치료하기 위해 개인의 세포 및 생물학적 조직 내에 유전자를 삽입, 변경 또는 제거하는 것입니다. 콜레스테롤 생합성의 속도 제한 단계에 관여하는 질병 발생을 담당하는 결함 유전자를 교정하는 기술입니다.

유전자 치료의 접근 방식

유전자 요법에는 여러 응용 분야가 있습니다. 대사 조작

의사는 페닐케톤뇨증(PKU), 유전성 혈관부종, 가족성 고콜레스테롤혈증 및 기타 많은 장애와 관련된 대사 경로를 조절하기 위한 접근법을 개발했습니다. 다른 경우, 대사 조작에는 질병과 관련된 단백질의 활동을 목표로 하는 소분자 또는 약물의 사용이 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 가족성 고콜레스테롤혈증은 높은 수준의 저밀도 지단백-콜레스테롤(LDL-C) 및 조기 심장 질환과 관련이 있습니다. 이 경우 치료에는 식이 조절(콜레스테롤이 낮은 식이 요법)과 스타틴이라는 약물 계열의 투여가 모두 포함될 수 있습니다. 여기서 이러한 약물은 효소 3-하이드록시-3-메틸-글루타릴-CoA 환원 효소(HMGR)의 활성을 억제할 수 있습니다.

외과적 접근법

보다 침습적이지만 장기 이식은 특정 장기에 영향을 미치는 특정 유전병을 치료하는 데에도 사용됩니다. 장기 기증자와 장기 수혜자가 일란성 쌍생아가 아닌 한, 기증자의 염색체 DNA 서열은 수혜자의 염색체 DNA 서열과 다를 것입니다. 이러한 차이점에도 불구하고 장기 이식은 오늘날까지 계속해서 널리 사용되는 실행 가능한 치료법입니다. 이 유형의 예는 유리체강내(IVT) 주사가 치료제를 전달하는 데 널리 사용되는 기술입니다. 가장 흔한 것은 혈관 내피 성장 인자, 항생제 및 글루코코르티코이드를 억제하는 약물입니다. IVT 주사는 백내장 수술 다음으로 선진국에서 가장 일반적으로 수행되는 안과 수술 절차 중 하나입니다.

전달 유전자를 강화하기 위한 물리적 방법

전기천공법

전기천공에 사용되는 다른 용어로는 유전자 전기 주입, 유전자 전기 전달, 전기 매개 유전자 요법, 전기 유전자 전달이 있습니다. 막 정전용량보다 큰 전기장을 적용하면 반대 극성의 전하가 세포막의 양쪽에 정렬되어 세포 표면의 특정 지점에서 전위차가 형성됩니다. 결과적으로 구멍에서 막이 분해되어 분자가 통과할 수 있습니다. 기공 형성은 약 10나노초 내에 발생합니다. 멤브레인의 기공은 전계 강도와 펄스 지속 시간에 따라 가역적일 수 있습니다. 가역적이면 세포는 생존할 수 있고 그렇지 않으면 세포 사멸이 발생합니다.

진 총

입자 폭격 또는 유전자 총의 사용은 DNA 형질감염의 또 다른 물리적 방법입니다. 이 기술에서 DNA는 금 입자로 코팅되고 DNA/금이 세포에 침투하는 힘을 생성하는 장치에 로드됩니다. 또한 연구자들은 DNA가 게놈의 잘못된 위치(예: 종양 억제 유전자)에 통합되면 종양을 유발할 수 있다고 보고했습니다. 이것은 X-연관 중증복합면역결핍증(X-SCID) 환자에 대한 임상시험에서 레트로바이러스를 사용하여 조혈모세포를 교정 이식유전자로 형질도입하여 환자 20명 중 3명에서 T 세포 백혈병으로 발전한 사례입니다. .

소노포레이션

소노포레이션은 초음파 주파수를 사용하여 DNA를 세포에 전달하는 방법입니다. 음향 캐비테이션 과정은 세포막을 파괴하고 DNA가 세포로 이동할 수 있도록 하는 것으로 생각됩니다.

자기감염

자기감염(자기감염)이라는 방법에서 DNA는 자성 입자와 복합화되고 자석은 조직 배양 접시 아래에 배치되어 DNA 복합체가 세포 단일층과 접촉하게 합니다.

유전자 올리고뉴클레오티드의 전달을 향상시키는 화학적 방법

유전자 요법에서 합성 올리고뉴클레오티드를 사용하는 것은 질병 과정에 관여하는 유전자를 비활성화시키는 것입니다. 이를 달성하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 하나의 전략은 표적 유전자에 특이적인 안티센스를 사용하여 결함 유전자의 전사를 방해합니다. 또 다른 방법은 siRNA라고 불리는 RNA의 작은 분자를 사용하여 세포에 신호를 보내 결함이 있는 유전자의 mRNA 전사물에서 특정 고유 서열을 절단하여 결함이 있는 mRNA의 번역을 방해하고 따라서 유전자의 발현을 방해합니다. 추가 전략은 표적 유전자의 전사를 활성화하는 데 필요한 전사 인자에 대한 미끼로 이중 가닥 올리고데옥시뉴클레오티드를 사용합니다. 전사 인자는 결함 유전자의 프로모터 대신 디코이에 결합하여 표적 유전자의 전사를 감소시켜 발현을 낮춥니다.

하이브리드 방법

특히 빠르게 분열하는 세포(예: 골수 유래 세포)에서 세포 내에서 치료용 DNA 및 이식유전자 제품의 안정적인 유지를 위한 새롭고 안전한 벡터 도구의 개발은 연구 커뮤니티에서 큰 관심을 끌고 있습니다. 예를 들어, 이러한 유전 질환에 대한 치료법은 결함 유전자 산물의 안정적인 생산과 후속 장기 표현형 교정에 의존하기 때문에 이러한 도구의 이점을 얻을 수 있습니다. 또한 이러한 벡터는 평생 교정에 필요한 반복 벡터 투여를 피할 수 있습니다. 또한 반복적인 투약으로 인한 환자의 불편함도 피할 수 있다.

비로솜이 한 예입니다. 그들은 비활성화된 HIV 또는 인플루엔자 바이러스와 리포솜을 결합합니다. 이것은 바이러스 또는 리포솜 방법 단독보다 호흡기 상피 세포에서 더 효율적인 유전자 전달을 갖는 것으로 나타났습니다. 다른 방법은 다른 바이러스 벡터를 양이온성 지질과 혼합하거나 바이러스를 혼성화하는 것을 포함합니다.

유전자 치료의 장점

유전자 요법에는 몇 가지 장점이 있습니다.

1. 그것은 희망을 제공합니다.

2. 유전 질환을 치료할 수 있습니다.

3. 단순한 질병 이상을 치료할 수 있습니다.

4. 그것은 의학의 새로운 분야를 만들 것입니다.

5. 유전자 치료는 인간에게만 국한되지 않습니다.

6. 유전자 치료는 기술을 기반으로 합니다.

윤리적 및 사회적 고려 사항

치명적인 유전병을 치료하기 위해 사람의 DNA를 바꾸는 개념은 수술, 약, 물리 치료와 같은 전통적인 치료법과 다르며 어떤 사람들에게는 무섭습니다. 성공적인 치료 접근법은 소수의 단일 유전자 장애에 사용할 수 있으며, 대부분은 고셔병(리소좀 저장 장애)과 같은 효소 결핍입니다. Duchenne 근이영양증(DMD)을 포함한 다른 장애는 기능성 단백질의 완전한 손실의 결과입니다. DMD는 디스트로핀 유전자의 돌연변이로 인해 발생하는 X-연관 열성 장애입니다. 이 유전자의 돌연변이는 근육 재생 실패를 초래하여 점진적인 근육 약화로 이어지고 결국 필수 기관(즉, 심장 및 횡경막)에서 섬유화를 유발합니다.

현시점에서 DMD의 근본적인 유전적 원인을 교정하고 영향을 받은 남성의 근육 기능을 보존하기 위한 의학적, 외과적 또는 기타 옵션이 존재하지 않습니다. DMD를 가진 개인에게 위에 나열된 방법 중 하나를 통한 유전자 치료의 약속은 정상적인 삶을 영위할 가능성을 의미합니다. 유전자 치료에 대한 일부 윤리적 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 무엇이 정상이고 무엇이 장애인지 결정합니다.
• 장애가 질병인지, 치유되어야 하는지를 결정합니다.
• 치료법을 찾는 것이 장애가 있는 사람들의 삶을 비하하는지 여부를 결정합니다.
• 체세포 유전자 치료가 생식계열 유전자 치료보다 더 윤리적인지 여부를 결정합니다.

 

유전자 요법을 사용한 초기 실험은 다른 모든 치료가 실패한 환자를 대상으로 주로 수행되었으므로 위험이 적습니다. 많은 사람들은 유전자 치료법이 변형된 유전자와 잠재적으로 위험한 바이러스를 사용하기 때문에 그러한 치료법이 더 광범위하게 테스트되어야 한다고 생각합니다.

유전자 치료의 응용

최초의 유전자 치료 임상시험이 시작된 1989년 이후 수만 명의 환자를 대상으로 1,500건 이상의 임상 연구가 진행되었습니다. 객관적으로 평가한다면, 이러한 시험의 전반적인 임상적 성공은 지금까지 완만했습니다.

몇 가지 놀라운 예외를 제외하고 대부분의 임상시험은 예상치 못한 기술적 및 생물학적 문제에 직면했습니다. 그러나이 평가에서 유전자 치료가 직면 한 질병의 대다수는 생명을 위협하는 상태이며 기존의 의학 치료법은 존재하지 않으며 유전자 치료는 개념적으로나 완전히 새로운 분야라는 점을 고려해야합니다. 기술적으로.

실제로 첫 적용으로부터 20년이 지난 지금, 유전자 치료의 성공 가능성은 훨씬 가까워졌습니다. 이는 유전자 전달 및 치료 유전자의 새로운 부류의 확인을 위한 생체 내 및 생체 외 시스템의 개발에서 이루어진 상당한 개선의 결과입니다. 유전성 실명 및 일부 신경퇴행성 장애에 대한 유전자 치료로 얻은 최근 결과와 기타 여러 임상 시험에서 이루어진 진전은 이제 궁극적인 성공에 대해 정보에 입각한 확고한 낙관론을 장려합니다.

유전자 치료 시험에 제출된 임상 조건 목록;

• 파킨슨병(PD).
• 심장병.
• 알츠하이머병(AD)에서.
• 당뇨병성 신경병증.
• 전이성 흑색종.
• 암.
• 죽상동맥경화증.

 

대부분의 과학자들은 유전자 치료의 가능성이 DNA 과학의 가장 흥미로운 응용 분야라고 생각하지만 아직까지 활용되지 않고 있습니다. 이 요법이 얼마나 광범위하게 적용될 것인지는 절차의 단순화에 달려 있습니다. 유전자는 약으로 사용될 수 있으며 안정적이고 부위별 염색체 통합 및 후속 유전자 발현을 위해 표적 세포를 찾는 유전자 전달 비히클의 간단한 정맥 주사로 제공될 수 있습니다. 게다가 인간 게놈 지도의 초안이 이제 완성되었습니다. 따라서 연구는 각 유전자의 기능과 질병에서 결함 유전자의 역할에 초점을 맞추고 있습니다. 유전자 치료는 궁극적으로 우리의 삶을 영원히 바꿔놓을 것입니다.

유전자 요법은 일반적으로 기능 유전자를 세포에 삽입하여 세포 기능 장애를 교정하거나 새로운 세포 기능을 제공하는 것을 포함합니다. 예를 들어, 낭포성 섬유증, 심장병, 복합 면역결핍 증후군, 근이영양증, 혈우병 및 많은 암과 같은 질병은 결함 유전자의 존재로 인해 발생합니다. 유전자 치료는 원인이 되는 결함 유전자를 수정하거나 교체하는 데 사용할 수 있습니다. 유전자 요법은 복합 면역결핍 증후군의 치료에 특히 성공적이어서 지속적이고 놀라운 치료 효과를 보여줍니다. 유전자 전달을 위해서는 메신저 리보핵산(mRNA) 또는 mRNA를 암호화하는 유전 물질이 적절한 세포로 전달되어 충분한 수준으로 발현되어야 합니다. 대부분의 경우, 유전자 발현을 활성화하는 프로모터 서열, 단백질 생산을 지시하는 코딩 서열 및 폴리아데닐화와 같은 RNA 처리를 지시하는 신호 서열을 포함하는 상대적으로 큰 유전 물질 조각(>1kb)이 필요합니다.

두 번째 종류의 유전자 치료는 세포 내 내인성 유전자의 발현을 변경하는 것입니다. 이것은 mRNA에 상보적인 상대적으로 짧은 유전 물질 조각을 전달함으로써 달성될 수 있습니다. 이 전이는 번역 개시, mRNA 처리를 차단하거나 mRNA의 파괴를 유도함으로써 다양한 메커니즘 중 임의의 것에 의해 유전자 발현에 영향을 미칠 것입니다. 또는 세포 RNA에 상보적인 안티센스 RNA를 암호화하는 유전자가 유사한 방식으로 기능할 수 있습니다.

유전자 치료 역사

유전자 전달을 이용한 최초의 임상 연구는 Steve A. Rosenberg와 그의 동료들이 레트로바이러스 벡터를 사용하여 5명의 전이성 흑색종 환자로부터 얻은 종양 침윤 림프구에 네오마이신 저항 마커 유전자를 전달했을 때 보고되었습니다. 그런 다음 이 림프구를 시험관 내에서 확장하고 나중에 각 환자에게 다시 주입했습니다. 이 첫 번째 연구가 레트로바이러스 유전자 전달이 안전하고 실용적이라는 것을 보여주었기 때문에 다른 많은 연구로 이어졌습니다. 실제로 1989년 이후로 전 세계적으로 900개 이상의 임상 시험이 승인되었습니다. 1963년에서 1990년 사이에 유전자 치료를 가능하게 한 것은 재조합 DNA 기술의 개발이었습니다. 2003년과 2005년 11월에 중국은 특정 악성 종양 치료를 위한 최초의 유전자 치료제를 승인했습니다. 공격적인 뇌종양 치료를 위한 유전자 치료 약물의 승인을 위한 유럽 최초의 신청서가 2005년 유럽 의약품 평가청(EMEA)에 제출되었습니다.

기술적 구현에 있어 계속되는 큰 어려움에도 불구하고 유전자 치료의 성공은 오늘날 의심할 여지 없이 확인될 수 있습니다. 예를 들어, 지난 5년 동안 심각한 유전성 면역결핍 질환 환자를 위한 성공적인 치료법이 개발되었습니다. 이러한 치료는 생명을 위협하는 상태의 환자에게 눈에 띄게 유익합니다. 그럼에도 불구하고 동일한 원칙이 다른 의학적 개입과 마찬가지로 유전자 치료에도 적용됩니다. 효과적인 절차는 근본적인 메커니즘을 이해했을 때 절차를 개선함으로써 줄일 수 있는 잠재적인 부작용과 관련이 있습니다. 독일 과학자들은 벡터 숙주 상호작용의 기초 연구에서 임상 연구에 이르기까지 이 분야에서 중요한 공헌을 했습니다.

2006년에는 유전자 치료를 통해 성인 환자의 중증 면역결핍을 교정한 사례를 보고했다. 벡터 유전자 정보를 세포로 전달하는 것을 촉진하는 매개체는 단순히 벡터라고 합니다. 벡터는 바이러스 전달 시스템과 비바이러스 전달 시스템으로 나눌 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터는 레트로바이러스, 아데노바이러스 및 아데노 관련 바이러스(AAV)에서 파생됩니다. 덜 광범위하게 사용된 다른 바이러스 벡터는 단순 포진 바이러스 1(HSV-1), 백시니아 바이러스 또는 바쿨로바이러스에서 파생됩니다. 비바이러스 벡터는 박테리아에서 복제되는 이중 가닥 DNA의 원형인 플라스미드 데옥시리보핵산(DNA)이거나 올리고데옥시뉴클레오티드이거나 이와 유사한 화학적으로 합성된 화합물일 수 있습니다.

최적의 벡터 및 전달 시스템을 결정하는 주요 고려 사항은

(a) 표적 세포 및 그 특성, 즉 체외에서 바이러스로 형질도입되어 환자에게 재주입되는 능력,

(b) 필요한 표현의 수명 및

(c) 이식할 유전 물질의 크기