Bài giảng Liệu pháp Gen và tế bào (Gene and cell therapy) - Bùi Chí Bảo

TS. BÙI CHÍ BẢO
ĐẠI HỌCY DƯỢCTP.HỒ CHÍ MINH
03-23-2013
LIỆU PHÁP GEN VÀ TẾ BÀO
(GENE AND
CELL THERAPY)
NỘI DUNG
1. Liệu pháp gen và tế bào
2. Công cụ chuyển gen, cấy
ghép
3. Ứng dụng liệu pháp gen và tế
bào
Tỷ lệ tử vong do bệnh (1900-2010)
NJEM, WHO
So sánh tỷ lệ tử vong do bệnh của
Hoa Kì (1950-2003)
UngThưTim mạch
NIH, 2003
Stroke Cúm
 Ung thư chiếm tỉ lệ tử vong hàng
đầu thế giới.
 Mỗi phút có hai người được phát
hiện mắc ung thư.
 Hơn 11 triệu người đang sống với
ung thư.
 Hơn 3,5 triệu bệnh nhân ung thư
mới được chẩn đoán hàng năm.
 1500 bệnh nhân chết mỗi ngày.
 Cứ 4 người thì có 1 người chết (2/3
bệnh nhân sống sót >5 năm nhưng
phải chịu sự liệu trị khắt khe.
 Bệnh ung thư chiếm khoảng chi
phí 265 tỉ $/ năm cho chăm sóc y tế
Phương pháp điều trị truyền
thống có thể làm chậm tốc độ
phát triển bệnh nhưng hiếm khi
chấm dứt hoàn toàn.
Phẫu thuật thì không chắc chắn
vị trí, kích cỡ và giai đoạn.
Xạ trị gây nguy hiểm cho các bộ
phận khác trong cơ thể.
Hóa trị liệu tấn công toàn bộ cơ
thể để tìm ra khối u.
Sau hơn 50 năm nghiên cứu
điều trị bệnh ung thư
KHỞI ĐIỂM TỪ GENOMICS
• Hiện nay có hơn 70 bộ gen sinh vật đã được
giải trình tự (10-2012- Sanger Institute).
• Thử thách mới đối với các nhà sinh học là làm
sao kết nối giữa gen và chức năng, giữa kiểu
gen và kiểu hình; hiểu rõ gen thực sự hoạt
động như thế nào
• Với tiến bộ rất nhanh trong sequencing, người
ta có thể khám phá được nhiều gen mới;
nhưng nó hoạt động như thế nào, chức năng ra
sao vẫn còn được mô tả rất nghèo nàn
Human : Chimpanzee 99%
Human : Mouse 80%
COMPARATIVE SEQUENCE ANALYSIS
2007
COMPARATIVE COMPLEX DISEASES BY SEQUENCING
Xơ vữa động mạch
Cao huyết áp
Rối loạn lưỡng cực (Bipolar disorder)
Tiểu đường týp 1
Tiểu đường týp 1I
~ 12 BỆNH UNG THƯ ĐÃ ĐƯỢC GIẢI TRÌNH TỰ
ĐIỂM NHẤN NGHIÊN CỨU GIẢI
TRÌNH TỰ EXOMES
# Các bệnh nhân n=24
Số
độ
tb
iến
Giải trình tự toàn bộ exome của
bệnh nhân ung thư tuyến tuỵ
Volberg et al., John Hopkins Hospital 2012
KHÓ KHĂN “COMPLICATION”
1. Heterogeneity/variation (tính đa
dòng)
2. Biến đổi di truyền khác, bao gồm
cả epigenetic
 Sự kháng thuốc
 Tế bào gốc ung thư tiềm ẩn
LÀM THẾ NÀO ỨNG DỤNG DỮ
LIỆU THÔNG TIN GENOME ĐỂ
ĐƯA VÀO ĐIỀU TRỊ?
Wellcome
Trust
Sanger
Institute
Cold
Spring
Harbor
Lab
Max planck Institute
Harvard
Yale
UCBerkeley
MIT
Stanford
Texas
Columbia
Riken Kobe Institute
GIẢI PHÁP
“SIMPLIFICATION”
1. Phần lớn các đột biến trên “hot-
spot”: oncogen/tumor suppressor
2. Các đột biến đếu hướng hội tụ đến ~
12 con đường tín hiệu tế bào “core
pathway”
12 core pathway trong ung thư tuyến tuỵ
Kinzler KW, et al., Science, 2008
100%
1. Liệu pháp gen mục tiêu
+ oncogene
+ tumor suppressor
2. Liệu pháp gen tác động con
đường tín hiệu (tạo mạch máu)
GIẢI PHÁP GEN
GLEEVEC® (imatinib mesylate)
CÁC TÍN HIỆU ĐỒNG NHẤT
TẠO
MẠCH
MÁU MỚI
“ANGIO-
GENESIS”
GIẢI PHÁP TẾ BÀO
1. Thay thế tế bào bệnh bằng tế bào
lành
2. Tiêu diệt tế bào bệnh “từ trong ra
ngoài” – ‘inside out’
Liệu pháp “từ trong ra ngoài”
Hơ -Yun, Cho-sun1600
Liệu pháp “từ trong ra ngoài”
Oxic
Hypoxic
Anoxic
C.Novyi
Vi khuẩn kị khí
Kết quả của liệu trị C. Novyi
trên ung thư
Trước
Tiêm C.Novyi
Sau 12 giờ
Chết do độc
tố vi khuẩn
+CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU
Tạo dòng (Cloning):
Gen được tạo dòng và biểu hiện toàn bộ
gen hoặc chỉ đoạn gen có chức năng
Tế bào, mô, cơ quan mục tiêu:
Phân lập tế bào bệnh (ex vivo) liệu trị lành (in
vitro) chuyển lại vào cơ thể bệnh.
Ví dụ: đối với bệnh β-thalassemia, phân lập tế
bào vùng tuỷ xương người bệnh, liệu trị in vitro,
sau đó bơm lại vùng tuỷ cho bệnh nhân.
GEN
ĐƯỢC
TẠO
DÒNG
Chuyển Gen
Tế bào bệnh nhân
Chọn dòng tế bào
mới khoẻ mạnh
Nuôi cấy tăng sinh
tế bàoĐưa dòng tế
bào mới khoẻ
mạnh vào bệnh
nhân
Chuyển bằng
các
vector/nanopar
ticles
+ “Hàng rào bảo vệ”của cơ thể
Hệ thống
bên
trong tế
bào
Hệ thống
bên
ngoài
màng tế
bào
Mạch máu
Hệ miễn dịch
Bổ thể
Dịch ngoại bào
Tích thụ tế bào (gan), hàng rào
bảo vệ máu não
Phóng thích từ endosome
Di chuyển trong tế bào chất
Hấp thụ trong nhân
Giải phóng
Giải phóng
Hệ Thống Bảo Vệ Bên Trong Tế Bào
Đặc tính của Liposome
• Spherical vesicles with a phospholipid bilayer
Hydrophilic
Hydrophobic
Các Loại Liposome
Truyền thống Mang nhánh
Immuno Tích điện Cationic
Hệ Thống Liposome Vận Chuyển DNA
Hệ thống Retrovirus
Cấu trúc:
1. Retroviral provirus gồm vỏ bao của virus (gag, pol, và
env)
2. Retroviral vector DNAmang gen mục tiêu
Gen cần chuyển
Chức năng chuyển gen của retrovirus
Ứng dụng retrovirus trong chuyển thuốc
liệu trị ung thư não
PNAS 2005
• Albumin
• Micelles, liposomes tinh
• Polymer
• Chitosan (vỏ tôm, cua)
• PLGA (poly(lactic-co-
glycolic acid)
• Cucumin (cà ri)
• Quantum dots
• Silica
• Carbon
• Gold
• Dendrimers
• Polymer
• Polystyrene
• Polybutylcyanoacrylate
Đặc tính của Nanoparticle
Hợp chất không sinh họcHợp chất sinh học
Metal nanoparticles (Non-biodegadable)
Green nanoparticles (Biodegradable)
Gold carbon Iron/magnetic
Liposome Micelles Chitosan Cucumin
Vector Ưu điểm Bất lợi
Liposomes Không virus Hiệu suất thấp, gây độc
DNA trần Không virus Hiệu suất thấp, biểu hiện
gen nhất thời
Herpes simplex virus
týp I
Chuyển gen cao,
hiệu suất cao
Khó sản sinh, khó thiết kế
Adenovirus Chuyển gen cao với
tế bào biểu mô
Biểu hiện gen nhất thời
Adeno-associated
virus
Ổn định cao Cần phải có hỗ trợ của
virus khác
Retrovirus Ổn định cao, biểu
hiện gen lâu dài
Thường có thể chèn đoạn
gen vào DNA chủ
Nanoparticle Ổn định, trúng đích Giá thành cao
Ứng dụng của công nghệ nano
vào y khoa
1. Vận chuyển thuốc/DNA/siRNA trúng đích
2. Đánh dấu chỉ thị sinh học, phát quang hoặc
cảm ứng từ trường chẩn đoán không xâm
lấn các vị trí cơ quan của bệnh nhân
3. Làm hệ thống sensor tầm soát bệnh nhiễm,
phát hiện các tế bào ung thư di chuyển trong
mạch máu
Mô hình nghiên cứu
Ung thư trên chuột
Can Thiệp Huyết Khối Tĩnh Mạch
Bệnh thường gặp ở người trên 40 tuổi, đã có tạo lập máu
đông trước đây, có tiền căn bệnh máu đông gia đình, có
bệnh ung thư , bệnh về máu, đang điều trị suy tim
Đáp ứng vận chuyển thuốc
làm tan huyết khối
Nature, 2012
Mô hình vận chuyển thuốc đúng mục tiêu tế bào
ung thư
Phát hiện vùng mô ung thư di căn
Sensor phát hiện virus cúm
Nano, 2012
Sensor phát hiện tế bào ung
thư di căng trong mạch máu
• Hơn 800 ca điều trị về sự phát triển
của liêu pháp gen và tế bào.
• Nhiều trường đại học và viện nghiên
cứu hỗ trợ nghiên cứu các liệu pháp
dựa trên gen và tế bào.
• Hàng ngàn bệnh nhân tham gia thử
nghiệm.
• Ngày càng có nhiều công trình nghiên
cứu và các báo cáo khoa học về liệu
pháp điều trị trúng đích đối với từng
loại bệnh ung thư.
• Nhiều loại thuốc đã được FDA phê
chuẩn và cấp giấy phép sử dụng trên
các quốc gia.
NHỮNG TIẾN TRIỂN
LIỆU PHÁP ĐIỀU TRỊ TRÚNG
ĐÍCH:
“CUỘC CÁCH MẠNG”
Những liệu pháp dựa trên gen và tế bào là
những biện pháp điều trị trúng đích- sử dụng
chính những tế bào của bệnh nhân để chống lại
bệnh ung thư mà không gây ảnh hưởng tới
các phần khác trong cơ thể.
• Thuốc được phân phối trực tiếp tới khối u để
làm dễ sự chết tế bào ung thư.
• Vắc xin tăng khả năng loại bỏ và tiêu diệt
bệnh ung thư của hệ thống miễn dịch.
• Liệu pháp gen và tế bào tiêu diệt tế bào gốc
ung thư – nguồn gốc của ung thư.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA GEN VÀ
TẾ BÀO
1. Gen kháng sự tạo thành mạch
“Anti-angiogenesis”
2. Gen ức chế Oncogene/hoạt hoá
suppressor
3. Phát triển vector virus chuyển
gen
4. Tế bào gốc ung thư liệu trị
5. Vật liệu nano vận chuyển thuốc
trúng đích