Terapi gen bertujuan untuk mengobati atau mencegah penyakit dengan memperkenalkan, menghilangkan, atau memodifikasi materi genetik dalam sel pasien. Teknologi ini telah berkembang dari konsep teoretis menjadi pengobatan yang disetujui untuk beberapa gangguan genetik dan kanker.
Penambahan Gen dan Pengeditan Gen
Dua strategi utama ada. Penambahan gen mengirimkan salinan fungsional gen untuk mengkompensasi yang cacat, tanpa memodifikasi genom endogen. Pengeditan gen menggunakan nuklease rekayasa untuk langsung memodifikasi genom, memperbaiki mutasi yang mendasarinya. Penambahan gen lebih sederhana dan lebih maju secara klinis, tetapi pengeditan gen menawarkan potensi koreksi permanen.
Vektor Virus
Virus adalah kendaraan pengiriman gen yang berevolusi secara alami yang telah diadaptasi untuk penggunaan terapeutik. Vektor virus terkait adeno adalah yang paling umum digunakan dalam uji klinis. AAV tidak patogenik, menginfeksi sel yang membelah dan tidak membelah, dan bertahan sebagai epism. Vektor AAV memiliki kapasitas muatan terbatas sekitar 4,7 kilobasa dan dapat memicu respons imun pada dosis tinggi. Serotipe AAV yang berbeda memiliki tropisme jaringan yang berbeda, memungkinkan penargetan organ tertentu. Serotipe AAV2 memiliki tropisme alami untuk retina, sementara AAV9 melintasi sawar darah-otak.
Vektor lentiviral berasal dari HIV dan mengintegrasikan muatannya ke dalam genom inang, memberikan ekspresi jangka panjang. Vektor ini dikonstruksi menggunakan teknik ligasi dan kloning DNA. Vektor ini dapat membawa muatan lebih besar hingga 8 kilobasa dan menginfeksi sel yang membelah dan tidak membelah. Integrasi membawa risiko mutagenesis insersional, tetapi vektor yang menginaktivasi diri telah meningkatkan keamanan. Vektor lentiviral digunakan dalam terapi sel CAR-T, di mana sel T pasien direkayasa secara ex vivo untuk mengekspresikan reseptor antigen kimera yang menargetkan sel kanker.
Pengiriman Non-Viral
Metode non-viral menghindari beberapa keterbatasan vektor virus, terutama imunogenisitas dan kapasitas muatan. Nanopartikel lipid membungkus asam nukleat untuk pengiriman, melindunginya dari degradasi dan memfasilitasi penyerapan seluler. LNP berhasil digunakan dalam vaksin mRNA dan sedang dikembangkan untuk terapi gen. Elektroporasi menggunakan pulsa listrik untuk membuat pori sementara di membran sel, memungkinkan masuknya DNA. Metode fisik seperti injeksi hidrodinamik, di mana larutan DNA dengan cepat disuntikkan ke aliran darah, dapat mencapai ekspresi gen di hati model hewan.
Terapi Gen yang Disetujui
Beberapa terapi gen telah menerima persetujuan regulasi. Luxturna mengobati distrofi retina herediter yang disebabkan oleh mutasi RPE65, mengirimkan salinan fungsional gen menggunakan AAV2. Zolgensma mengobati atrofi otot spinal dengan mengirimkan gen SMN1 menggunakan AAV9. Strimvelis mengobati defisiensi adenosin deaminase dengan transduksi ex vivo sel punca hematopoietik menggunakan vektor retroviral. Terapi sel CAR-T termasuk Kymriah dan Yescarta disetujui untuk keganasan sel B tertentu. Persetujuan terbaru termasuk terapi gen hemofilia B dan hemofilia A menggunakan vektor AAV.
Pengeditan Gen Berbasis CRISPR
CRISPR-Cas9 telah merevolusi pengeditan gen dengan memungkinkan modifikasi sekuens genomik spesifik yang tepat dan efisien. Sistem ini terdiri dari nuklease Cas9 yang dipandu oleh RNA pemandu tunggal yang berpasangan basa dengan sekuens DNA target. Nuklease Cas9 menciptakan patahan untai ganda di situs target, yang kemudian diperbaiki oleh rekombinasi non-homolog atau perbaikan yang diarahkan oleh homologi.
NHEJ dapat mengganggu gen dengan memperkenalkan insersi atau delesi kecil, berguna untuk melumpuhkan gen penyebab penyakit. HDR dapat memperkenalkan perubahan sekuens yang tepat ketika templat perbaikan disediakan, memungkinkan koreksi mutasi. Pengeditan basa menggunakan Cas9 termodifikasi yang digabungkan dengan enzim deaminase untuk langsung mengubah satu basa menjadi basa lain tanpa menciptakan patahan untai ganda. Pengeditan utama menggunakan Cas9 nickase yang digabungkan dengan transkriptase balik untuk menulis informasi genetik baru di situs tertentu.
Tantangan dan Risiko
Terapi gen menghadapi beberapa tantangan. Respons imun terhadap vektor virus dapat membatasi kemanjuran dan menyebabkan reaksi merugikan. Sistem imun bawaan mengenali kapsid virus dan asam nukleat, sementara imunitas adaptif menghasilkan antibodi penetral yang mencegah pemberian ulang dan dapat menghalangi pengobatan pada pasien dengan imunitas yang sudah ada sebelumnya. Pengeditan di luar target tetap menjadi perhatian untuk pendekatan berbasis CRISPR, berpotensi menyebabkan mutasi yang tidak disengaja. Pengiriman ke jaringan target merupakan tantangan untuk banyak penyakit, terutama yang memengaruhi otak, otot, atau paru-paru. Daya tahan jangka panjang ekspresi dan potensi efek merugikan yang tertunda memerlukan tindak lanjut yang diperpanjang dalam uji klinis.
