Die Gentherapie zielt darauf ab, Krankheiten zu behandeln oder zu verhindern, indem genetisches Material in die Zellen eines Patienten eingebracht, entfernt oder verändert wird. Die Technologie hat sich vom theoretischen Konzept zu zugelassenen Behandlungen für mehrere genetische Erkrankungen und Krebsarten entwickelt.

Gen-Addition und Gen-Editierung

Es gibt zwei grundlegende Strategien. Die Gen-Addition liefert eine funktionelle Kopie eines Gens, um ein defektes zu kompensieren, ohne das endogene Genom zu verändern. Die Gen-Editierung verwendet gentechnisch hergestellte Nukleasen, um das Genom direkt zu modifizieren und die zugrunde liegende Mutation zu korrigieren. Die Gen-Addition ist einfacher und klinisch weiter fortgeschritten, aber die Gen-Editierung bietet das Potenzial für eine dauerhafte Korrektur.

Virale Vektoren

Viren sind natürlich entstandene Gentransportvehikel, die für therapeutische Zwecke angepasst wurden. Adeno-assoziierte Virusvektoren werden am häufigsten in klinischen Studien verwendet. AAV ist nicht pathogen, infiziert sowohl teilende als auch nicht-teilende Zellen und persistiert als Episom. AAV-Vektoren haben eine begrenzte Frachtkapazität von etwa 4,7 Kilobasen und können bei hohen Dosen Immunreaktionen auslösen. Verschiedene AAV-Serotypen haben unterschiedliche Gewebetropismen, was die gezielte Ansteuerung bestimmter Organe ermöglicht. AAV-Serotyp 2 hat einen natürlichen Tropismus für die Netzhaut, während AAV9 die Blut-Hirn-Schranke überwindet.

Lentivirale Vektoren stammen von HIV ab und integrieren ihre Fracht in das Wirtsgenom, was eine langfristige Expression ermöglicht. Diese Vektoren werden mit Techniken der DNA-Ligation und Klonierung konstruiert. Sie können größere Nutzlasten von bis zu 8 Kilobasen transportieren und sowohl teilende als auch nicht-teilende Zellen infizieren. Die Integration birgt ein Risiko der insertionalen Mutagenese, aber selbstinaktivierende Vektoren haben die Sicherheit verbessert. Lentivirale Vektoren werden in der CAR-T-Zell-Therapie eingesetzt, bei der patienteneigene T-Zellen ex vivo verändert werden, um einen chimären Antigenrezeptor zu exprimieren, der Krebszellen angreift.

Nicht-viraler Transfer

Nicht-virale Methoden umgehen einige Einschränkungen viraler Vektoren, insbesondere die Immunogenität und die Frachtkapazität. Lipidnanopartikel verpacken Nukleinsäuren für den Transfer, schützen sie vor Abbau und erleichtern die zelluläre Aufnahme. LNPs wurden erfolgreich in mRNA-Impfstoffen eingesetzt und werden für die Gentherapie entwickelt. Die Elektroporation nutzt elektrische Impulse, um vorübergehende Poren in Zellmembranen zu erzeugen, die den Eintritt von DNA ermöglichen. Physikalische Methoden wie die hydrodynamische Injektion, bei der DNA-Lösung schnell in den Blutkreislauf injiziert wird, können in Tiermodellen eine Genexpression in der Leber bewirken.

Zugelassene Gentherapien

Mehrere Gentherapien haben behördliche Zulassungen erhalten. Luxturna behandelt vererbte Netzhautdystrophie, die durch RPE65-Mutationen verursacht wird, indem eine funktionelle Kopie des Gens mittels AAV2 geliefert wird. Zolgensma behandelt spinale Muskelatrophie durch die Lieferung des SMN1-Gens mittels AAV9. Strimvelis behandelt den Adenosin-Desaminase-Mangel durch ex vivo-Transduktion hämatopoetischer Stammzellen mit einem retroviralen Vektor. CAR-T-Zell-Therapien einschließlich Kymriah und Yescarta sind für bestimmte B-Zell-Malignome zugelassen. Jüngste Zulassungen umfassen Gentherapien für Hämophilie B und Hämophilie A unter Verwendung von AAV-Vektoren.

CRISPR-basierte Gen-Editierung

CRISPR-Cas9 hat die Gen-Editierung revolutioniert, indem es eine präzise, effiziente Modifikation spezifischer genomischer Sequenzen ermöglicht. Das System besteht aus einer Cas9-Nuklease, die von einer einzelsträngigen Führungs-RNA geleitet wird, die mit der Ziel-DNA-Sequenz Basenpaare bildet. Die Cas9-Nuklease erzeugt einen Doppelstrangbruch an der Zielstelle, der dann entweder durch nichthomologes Endjoining oder durch homologiegerichtete Reparatur repariert wird.

NHEJ kann ein Gen durch Einführung kleiner Insertionen oder Deletionen stören, was zum Ausschalten krankheitsverursachender Gene nützlich ist. HDR kann präzise Sequenzänderungen einführen, wenn eine Reparaturmatrize bereitgestellt wird, wodurch die Korrektur von Mutationen ermöglicht wird. Die Basen-Editierung verwendet eine modifizierte Cas9, die mit einer Desaminase fusioniert ist, um eine Base direkt in eine andere umzuwandeln, ohne einen Doppelstrangbruch zu erzeugen. Die Prime-Editierung verwendet eine Cas9-Nickase, die mit einer reversen Transkriptase fusioniert ist, um neue genetische Information an einer bestimmten Stelle zu schreiben.

Herausforderungen und Risiken

Die Gentherapie steht vor mehreren Herausforderungen. Immunreaktionen auf virale Vektoren können die Wirksamkeit einschränken und unerwünschte Wirkungen hervorrufen. Das angeborene Immunsystem erkennt virale Kapside und Nukleinsäuren, während die adaptive Immunität neutralisierende Antikörper erzeugt, die eine erneute Verabreichung verhindern und eine Behandlung bei Patienten mit bestehender Immunität ausschließen können. Off-Target-Effekte bleiben ein Problem bei CRISPR-basierten Ansätzen und können unbeabsichtigte Mutationen verursachen. Der Transfer in Zielgewebe ist bei vielen Krankheiten schwierig, insbesondere bei solchen, die Gehirn, Muskeln oder Lunge betreffen. Die langfristige Beständigkeit der Expression und das Potenzial für verzögerte unerwünschte Wirkungen erfordern eine verlängerte Nachbeobachtung in klinischen Studien.