Liệu pháp điều trị gen và triển vọng ứng dụng trong y học

Nền y học của loài người được chia thành ba giai đoạn phát triển: 1) giai đoạn y học truyền thống; 2) giai đoạn y học hiện đại; 3) giai đoạn y học phân tử và tế bào. Ở giai đoạn 1, giai đoạn y học truyền thống, nền y học gắn liền với sự hình thành và phát triển của loài người trong đó các phương pháp chẩn đoán và điều trị chủ yếu dựa trên các kinh nghiệm dân gian, sử dụng các loại dược liệu nguồn gốc từ động vật, thực vật và các khoáng chất thiên nhiên. Nền y học truyền thống đã bị mai một ở nhiều nước và dần dần được thay thế bằng nền y học hiện đại. Tuy nhiên tại Việt Nam và một số nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, nền y học này vẫn tiếp tục được kế thừa và phát triển. Giai đoạn 2 là giai đoạn của nền y học hiện đại. Nền y học hiện đại mới thực sự phát triển mạnh từ đầu thế kỷ XIX và tạo ra một cuộc cách mạng của nền y học của thế giới trong việc chăm sóc sức khỏe của con người. Ở giai đoạn này, nền y học đã ứng dụng và khai thác triệt để các kiến thức của các ngành khoa học cơ bản như Hóa học, Vật lý học, Toán học, Sinh học…để chế tạo ra các thiết bị hiện đại; hệ thống các xét nghiệm đặc hiệu để thăm dò, chẩn đoán và theo dõi bệnh. Ở giai đoạn này, thuốc điều trị bệnh chủ yếu là các thuốc được tổng hợp bằng các phương pháp hóa học, công nghệ sinh học và công nghệ gen. Thế giới đã bước sang thế kỷ 21 và nền y học cũng đã bước sang giai đoạn 3 của quá trình phát triển. Sự hoàn tất giải mã bộ gen người là ngưỡng cửa của một thời đại mới của y học thế giới, giai đoạn của y học phân tử và tế bào trong đó chẩn đoán và điều trị bệnh đồng nghĩa với chẩn đoán gen, điều trị gen và tế bào.
Điều trị gen là phương pháp điều trị hoặc cải thiện tình trạng lâm sàng của bệnh nhân bằng
cách   ứng   dụng   các   quá   trình   thay   thế (replacing), thao tác (manipulating) hay bổ sung (supplementing) các gen mất chức năng bằng các gen bình thường vào trong một tế bào, mô hay toàn bộ cơ quan.
Các bệnh lý thương tổn gen của cơ quan tạo máu và của hệ miễn dịch là hai lĩnh vực đầu tiên được nghiên cứu ứng dụng liệu pháp điều trị gen. Ngày nay, hướng nghiên cứu điều trị này được triển khai trong nhiều trường hợp bệnh lý mà nguyên nhân là do rối loạn hoặc tổn thương hệ thống di truyền như: các loại hình ung thư, bệnh lý thương tổn hệ thần kinh, bệnh của cơ quan tạo máu.
Nguyên tắc cơ bản để đạt được sự thành công trong liệu pháp điều trị gen là: 1) Lựa chọn được hệ vector thích hợp; 2) Đạt được hiệu suất cao trong việc đưa gen lành vào tế bào/mô đích;
3)    Gen cấy phải hoạt động hiệu quả để có thể làm thay đổi kiểu hình của bệnh. Một điều nữa cũng không kém phần quan trọng là hạn chế tối đa tác dụng phụ và tránh tai  biến cho bệnh nhân, chi phí điều trị ở mức chấp nhận được.
1.    Lựa chọn hệ vector thích hợp
Đây là một trong những khâu quan trọng nhất của liệu pháp điều trị gen. Một vector tốt là vec- tor phải có khả năng nhắm đến các tế bào/mô đích của từng trường hợp bệnh lý chuyên biệt cho dù tế bào đó ở trạng thái phân chia hay không. Hiểu được các quá trình xâm nhập của vector vào tế bào, quá trình di truyển của vector trong tế bào cũng như quá trình điều hòa hoạt động của gen sẽ cho phép chúng ta hiểu được toàn bộ quá trình truyền tính trạng (transduction) bao gồm quá trình vận chuyển và thể hiện gen. Trên cơ sở đó nghiên cứu phát triển một cách
hiệu quả các phương tiện chuyển tải gen. Trong nhiều trường hợp, với mục đích mong muốn đạt được sự ổn định của quá trình thể hiện gen, gen ghép cần phải được hoà hợp vào hệ gen của tế bào chủ hoặc được duy  trì  ở dạng episome. Trong những trường hợp đó, chúng ta cần phải sử dụng hệ vector có khả năng hòa hợp. Tuy nhiên cần phải hết sức thận trọng cân nhắc đến hậu quả của sự xâm nhập mà có khả năng gây đột biến này nếu như gen ghép không được đưa vào đúng vị trí. Trong những trường hợp này các vector có tính đặc hiệu vị trí được ưa chuộng hơn cả. Phần cuối cùng hết sức quan trọng là các vector được sử dụng phải đảm bảo không mang các tác nhân bệnh lý hay các tác dụng có hại cũng như gây ra các đáp ứng miễn dịch không mong muốn.
Cho đến ngày nay, các vector dùng trong liệu pháp điều trị gen đã được nghiên cứu và phát triển thành nhiều thế hệ khác nhau. Các vector này có thể được chia thành hai nhóm: 1) Vector bản chất không phải virus chỉ bao gồm chuỗi DNA trần và được đưa vào tế bào nhờ tiêm, ở dạng liposome (hỗn hợp lipid mang điện dương với DNA), các phân tử có kích thước nano, súng bắn gen hay bằng các phương tiện khác. Các vector  có nguồn gốc không phải virus  có ưu điểm là có thể dễ dàng được tạo ra với số lượng lớn, độc tính thấp và hạn chế được các đáp ứng miễn dịch không mong muốn. Tuy nhiên, nhược điểm của các vector này là đạt được hiệu quả chuyển gen thấp. 2) Vector nguồn gốc từ virus có  bản  chất  là  RNA  hoặc  DNA  và  có/hoặc không có khả năng hòa nhập vào bộ gen của tế bào chủ. Hiệu quả truyền tính trạng (transduction) của gen có thể đạt được bởi các vector này khi nó tồn tại ở dạng episome đặc biệt là đối với các tế bào không phân chia. Về nguyên tắc, các vector nguồn gốc virus là những vật  liệu  di  truyền  vô  hại  và  được  dùng  để chuyển gen ghép vào tế bào bị nhiễm (tế bào chủ). Các vector mang gen ghép này nhân lên và  truyền  cho  thế  hệ  sau.  Các  virus  thường không gây ảnh hưởng đến tế bào chủ song khi
nhiễm nhiều thì chính các virus này gây nên sự tác dụng độc hại cho tế bào chủ dẫn đến sự phá hủy các tế bào này. Có hai loại vector nguồn gốc virus có bản chất khác nhau là: a) RNA: retrovi- rus vector và b) DNA: Adenovirus vector.
Retrovirus là một họ lớn virus có vỏ được tìm thấy ở động vật. Bộ gen của virus này gồm 3 gen chính là: Gag, pol và env với các đoạn lặp lại dài ở hai đầu (LTR). Các virus ở họ này được chia ra thành 3 nhóm: Oncoretrovirus (có murine leukemia virus/MLV…), lentivirus (có simian lentivirus, HIV-1…) và spumavirus.
Adenovirus (Ad), nhóm virus liên quan đến adenovirus (AAV), herpesvirus là họ phổ biến nhất của các virus có bản chất là DNA. Bộ gen của adenovirus gồm 2 chuỗi DNA thẳng có kích thước khoảng 36 kb với nhiều đơn vị sao chép lặp lại có khả năng mã hóa 50 loại protein khác nhau. Trong khi bộ gen của herpesvirus lại có kích thước lớn hơn nhiều có khả năng mã hóa 80 loại protein khác nhau.
2.    Phương pháp chuyển gen

Ngày nay khoa học đã phát triển nhiều phương  pháp  chuyển  gen  khác  nhau.  Các phương  pháp chuyển gen  bằng phương  pháp hóa học (sử dụng các hóa chất có bản chất là lipid) được sử dụng thường xuyên đối với các dòng tế bào trưởng thành nhưng lại không hiệu quả đối với các dòng tế bào gốc. Thiết bị tạo điện trường tạo ra các xung điện để tạo ra các lỗ siêu nhỏ ở màng tế bào, qua đó các phần tử có thể dễ dàng xâm nhập vào trong tế bào. Các lỗ siêu nhỏ này sau đó được đóng lại nhờ những xung điện trong những điều kiện đặc biệt để cho phép các tế bào hồi phục và tiếp tục phát triển. Ưu điểm của phương pháp này là quá trình đưa gen từ ngoài vào độc lập với chu trình phân chia của tế bào và tác dụng của gen ngoại lai trên quá trình thể hiện gen của tế bào được phát hiện sớm chỉ trong khoảng một vài giờ sau khi được đưa từ ngoài vào. Để tăng cường tỷ lệ sống của tế bào sau khi chuyển gen nhờ tác dụng của điện trường, công ty đã nghiên cứu và sản xuất
dung dịch đệm cho kỹ thuật chuyển gen này. Dung dịch đệm này có độ dẫn điện thấp và có thành phần giống như bào tương. Chính vì vậy mà các lỗ siêu nhỏ sau khi được tạo ra, được hàn gắn lại nhanh chóng. Dung dịch đệm này cho phép thu hồi lại 65 – 95% tế bào sống sau khi được chuyển gen và tỷ lệ bất hoạt gen đạt tới 75 – 99% (với RNAi