昆医分生基因治疗1不考试.ppt

基因治疗与基因诊断 昆明医学院第一附属医院肿瘤内科主任兼科技教育处处长董坚硕士博士生导师 WhatisGeneTherapy GenetherapyistheintroductionofgeneticmaterialintocellsfortherapeuticpurposesOnemajorgoalofgenetherapyistosupplycellswithhealthycopiesofmissingorflawedgenes 基因治疗概况 基因治疗 是基于修饰活细胞遗传物质而进行的医学干预 是一种以预防和治疗疾病为目的的人类基因转移技术 即 以改变细胞遗传物质为基础的生物医学治疗 基因治疗概况 基因研究与治疗发展历程 发现DNA双螺旋结构 建立DNA重组技术 在大肠杆菌中成功表达胰岛素 第一个基因工程药物重组人胰岛素上市 美国批准第一个体细胞基因治疗方案 治疗严重综合性免疫缺损症 英国培养出第一只克隆羊多莉 人类基因组计划 工作草图 绘制完毕 基因治疗产品上市 1953 1973 1978 1982 1990 1997 2000 2004 基因治疗的发展史及研究概况 1967年Nirenbeg首先提出基因工程可用于人类疾病治疗的设想 1980年Cline首次将外源基因转导入小鼠获得成功 次年对2名重症 地中海贫血患者进行治疗 虽未获成功 1985年美联邦国家卫生研究院 NIH 成立了基因治疗委员会 并于1989年首次批准Arderson等将抗新霉素基因导入黑色素瘤患者的肿瘤侵润淋巴细胞 TIL 作为标记基因 1990年Blaese将正常人的腺苷脱胺酶基因导入2名腺苷胱氨酸 ADA 缺乏症患者的淋巴细胞获得成功 成为医学史上的重要里程碑 1991年Szczylik等在小鼠慢粒白血病模型上 将反义寡核苷酸导入肿瘤细胞 阻断了癌细胞的增殖 在我国 1991年12月复旦大学遗传研究所与第二军医大学长海医院合作 以携带凝血因子IX基因的反转录病毒作为载体 对两例血友病B患者进行了首次基因治疗 恶性肿瘤心血管疾病遗传病感染性疾病 威胁人类健康的重大疾病 基因治疗对象 基因治疗概况 基因治疗药与基因工程药 DNA PROTEIN RNA 基因工程药 基因治疗药 基因治疗概况 治疗基因 载体 靶细胞 基因治疗制品 基因治疗要素 基因治疗概况 最理想的方式 目前的主要方式 基因治疗策略 基因治疗概况 基因替代 GeneReplacement 基因修复 GeneModification 基因添加 GeneAddition 基因失活 Geneblock 体细胞基因治疗生殖细胞基因治疗 基因治疗种类 基因治疗概况 基因治疗的途径因受体细胞的不同分为两种 生殖细胞基因治疗 germcellgenetherapy 是将正常外源基因转移到患者的生殖细胞 精细胞 卵细胞及中早期胚胎 中 使子代成为正常的个体 由于此法改变了生殖细胞的遗传物质 影响人类基因构成 并影响到子代的发育 同时涉及一系列的伦理问题 美联邦国家卫生研究院 NIH 目前规定禁止用于人类 仅可用于动物实验研究 体细胞基因治疗 somaticcellgenetherapy 是指将正常基因转移到体细胞 使之表达基因产物 从而达到治疗目的 由于该疗法只涉及体细胞的遗传改变 而不影响子代 故到目前为止 人类所进行的基因治疗 均为体细胞基因治疗 体外基因治疗 Exvivo 从病人体内获取细胞 体外培养并进行基因转移后 重新输入患者体内 前列腺癌细胞转染细胞因子基因后回输到患者体内 肿瘤转移灶被T细胞及NK细胞附着 基因治疗途径 基因治疗概述 体内基因治疗 Invivo 直接将基因或改造后的病毒 插入目的基因 导入人体患病组织中 携p53基因的重组腺病毒导入人体肿瘤组织引起肿瘤细胞裂解 基因治疗途径 基因治疗概况 基因治疗的要求是 向一定的细胞导入治疗基因 输送到细胞核 并整合到DNA的正确位置 稳定的表达 包括转录 翻译 定位和修饰 基因治疗的途径 选择靶细胞的原则是 必须较坚固 足以耐受处理 易于由人体分离并便于回输 具有增殖优势 生命周期长 能存活几个月甚至几年 最好可延续至病人的整个生命期 易于受外源性物质的转化 目前使用较多的是骨髓干细胞 皮肤成纤维细胞 肝细胞 血管内皮细胞和肌细胞等 肿瘤基因治疗常用的靶细胞是肿瘤细胞自身 其次是淋巴细胞和造血干细胞 基因转染 转导的方法 基因转移方法分三类 化学法 包括磷酸盐沉淀 脂质体 Plasmid liposomecomplex 包埋 多聚季铵盐和DEAE 葡萄糖等化学试剂转移 这些方法通过改变细胞膜的通透性或增加DNA与细胞的吸附而实施基因转移 物理法 包括电穿孔 显微注射 裸露DNA直接注射 颗粒轰击等 物理方法转移的遗传物质 在细胞内易受DNA酶降解 不易稳定地存在于细胞基因中 生物法 生物法主要是指病毒介导 以病毒为载体 的基因转移 包括DNA病毒如腺病毒 AV 腺病毒相关病毒 AAV 单纯疱疹病毒 HSV 细小病毒 HI 痘苗病毒 VV 和RNA病毒即反转录病毒 RV 生物传导的方法 Adenovirusesentercellsbyreceptor mediatedendocytosis Bindingofviralcoatproteintoaspecificreceptorontheplasmamembraneofcellsisfollowedbyendocytosis aprocessinwhichtheplasmamembraneinvaginatesandthenpinchesofftoformanintracellularvesicle endosome SubsequentvesicledisruptionbyadenovirusproteinsallowsvirionstoescapeandmigratetowardsthenucleuswhereviralDNAentersthroughporesinthenuclearenvelope AdaptedfromCuriel 1994 withpermissionfromtheNewYorkAcademyofSciences Genetransferviathereceptor mediatedendocytosispathway ThenegativelychargedplasmidDNAcanbindreversiblytothepositivelychargedpolylysineattachedtothetransferrinmolecule Duringthisprocess theDNAiscondensedintoacompactcirculartoroidwiththetransferrinmoleculeslocatedexternallyandfreetobindtocellsurfacetransferrinreceptors Followinginitialendosomeformation aportionoftheendocytosedconjugatescanmigratetothenucleus althoughaverysignificantfractionisalternativelytransferredtolysosomeswheretheDNAisdegraded TheefficiencyoftransfercanbeincreasedbythefurtherrefinementofcouplinganinactivatedadenovirustotheDNAtransferrincomplex followingendocytosisandtransporttolysosomes theaddedadenoviruscausesvesicledisruption allowingtheDNAtoavoiddegradationandtosurviveinthecytoplasm AdaptedfromCuriel 1994 withpermissionfromTheNewYorkAcademyofSciences Invivoliposomegenedelivery A and B Structureofliposomes Liposomesaresyntheticvesicleswhichcanformspontaneouslyinaqueoussolutionfollowingartificialmixingoflipidmolecules Insomecases aphospholipidbilayerisformed withhydrophilicphosphategroupslocatedontheexternalsurfacesandhydrophobiclipidslocatedinternally left Inothercasesthereisamultilamellarlipidenvelope AnionicliposomeshaveanegativesurfacechargeandwhenthelipidconstitutentsaremixedwithnegativelychargedDNAmolecules seepanelCbelow theDNAisinternalized CationicliposomeshaveasurfacepositivechargeandDNAmoleculesbindtothesurfaceofliposomes C Useofliposomestotransfergenesintocells ThisfigureillustratestheuseofanionicliposomestotransferinternallylocatedDNAintocells Theplasmamembranesofcellsarefluidstructureswhoseprincipalcomponentsarephospholipids andsomixingofcellsandliposomescanresultinoccasionalfusionbetweenthelipidbilayeroftheliposomeandtheplasmamembrane Whenthishappenstheclonedgenescanbetransferredintothecytoplasmofacell andcanthencemigratetothenucleusbypassivediffusionthroughtheporesofthenuclearenvelope Notethat inpractice cationicliposomeshavebeenmorewidelyusedfortransferringDNAintocells 基因的整合途径 Exogenousgenesthatintegrateintochromosomescanbestablytransmittedtoalldaughtercells unlikeepisomal extrachromosomal genes Thefigureillustratestwopossiblefatesofgenesthathavebeentransferredintonucleatedcells Genetherapyinvolvingchromosomalintegrationofexogenousgenesoffersthepossibilityofcontinuedstableexpressionoftheinsertedgeneandapermanentcure butcarriescertainrisks notablythepossibilitythatoneoftheintegrationeventsmayresultincancer Bycontrast episomalgeneswhichdonotintegratebutreplicateextrachromosomally underthecontrolofavectororiginofreplication maynotsegregatetoalldaughtercellsduringsubsequentmitoses Asaresult thistypeofapproachhasbeenparticularlyappliedingenetherapieswherethetargettissueconsistsofnondividingcells 基因转导的载体 转运载体要求 能够高效转运治疗所需的一个或多个目的基因 载体具有准确的靶向性 无免疫原性 易于生产 提纯 无致病性 对受者及环境无危害 使其所携带的基因能按要求准确表达 理想载体目前仍无法得到 病毒为载体介导的基因转移具有靶向性好 效率高的特点 另外可利用细胞自身机制生产所需要的目的蛋白质 是目前进入临床前期研究的较为理想的载体之一 目前适用基因治疗的疾病 遗传性疾病 首选单基因缺陷症如镰状细胞病 甲型和乙型血友病 地中海贫血 ADA缺乏所致重症联合免疫缺陷病 嘌呤核苷磷酸化酶PNP缺乏症 遗传性 1 抗胰蛋白酶缺乏症 囊性纤维化等 免疫缺乏病 如白细胞粘附分子缺陷病 TcR CD3缺乏症 肿瘤及恶性血液病 主要适用于基因突变者如膀胱癌 肺癌 乳腺癌 结肠癌 神经母细胞瘤 黑色素瘤 白血病等 其他疾病如糖尿病 肌营养不良 高血压 某些精神病 AIDS 慢性活动型肝炎 心血管疾病等 单基因疾病的基因治疗 Exvivogeneaugmentationtherapyforadenosinedeaminase ADA deficiency Notethatidentificationofsuitablytransformedcellsishelpedbyhavinganappropriateselectablemarkerintheretrovirusvector suchasaneoRgenewhichconfersresistancetotheneomycinanalogG418 Followinginfection thetargetcellscanbeculturedinamediumcontainingG418toselectforthepresenceofretroviralsequences andthenassayedbyPCRforthepresenceoftheinsertedADAgene SuitableADA cellscanthenbeexpandedinculturebeforebeingreintroducedintothepatient 直接基因水平治疗 副作用小 技术含量高 生产成本低 病毒液性质稳定 生产简单可靠 无环境污染 基因治疗的优势 基因治疗概况 1990年 美国W F Anderson严重复合免疫缺陷病SCID4岁女孩 AshantiDesilva13岁 正常生活 第一项体细胞基因治疗临床试验 基因治疗概况 两项新措施 1 制定了基因治疗临床试验监查计划 2 定期开办基因治疗安全性专题研讨会 并否决了一项由少数激进分子提出的 停止基因治疗临床试验 议案 1999年9月17日 18岁的JesseGelsinger参加宾夕法尼亚大学治疗鸟氨酸甲酰氨基转移酶 OTC 缺乏症临床试验后死亡 美国Gelsinger事件 调查结果 应只包括女性 血氨值已偏高 门静脉注射大剂量的重组腺病毒 1X1014VP 调查结论 临床试验存在违规行为 而与进行的基因治疗的制品本身无直接关系 基因治疗概况 巴黎NeckerEnfantsMalade医院采用逆转录病毒载体携带IL2RG c基因治疗重症联合免疫缺陷病 SCID X1 的临床试验 1999 10起 9 10名儿童的免疫力得到了恢复 2002 10 2005 1 3 9例分别在近3年及5年后相继表现出T细胞白血病的症状 法国 气泡儿童 事件 法国政府立即终止了该项试验 美国FDA暂停了27项同类以逆转录病毒为载体基因治疗临床试验 英国则表示不会停止这类基因治疗临床试验 意大利的米兰 类似的临床试验仍在进行 研究表明IL2RG c基因本身有缺陷 导致白血病的发生 基因治疗概况 Bubble boy 基因治疗概况 基因治疗方案总数1309项 腺病毒载体 最常用 331项 24 7 p53gene65项 Ad p5362项 II III III期45项 其中 Ad p53项目12项 III期32项 其中 Ad p53项目6项 http www wiley co uk genmed clinical 截止2007年7月 全世界批准的基因治疗临床试验方案概况 基因治疗概况 国际基因治疗研究概况 地理分布 基因治疗概况 Total1309UpdatedJuly 2007 国际基因治疗研究概况 国家分布 基因治疗概况 基因治疗概述 国际基因治疗研究概况 目的基因 国际基因治疗研究概况 适应症 基因治疗概况 国际基因治疗研究概况 载体 基因治疗概况 国际基因治疗研究概况 临床分期 基因治疗概述 国际基因治疗研究概况 年度状况 基因治疗概述 国内基因治疗及相关研究概况 基因治疗概况 基因治疗概况 人基因治疗研究和制剂质量控制指导原则 基因治疗概况 基因诊断 基因诊断 是从基因水平阐明疾病的病因所在 是属于全新内容 全新技术和全新概念的实验室诊断方法 它是以DNA和RNA为诊断材料 通过检查基因的存在 缺陷和表达异常 对人体健康状态和疾病作出诊断的方法和过程 基因诊断的基本原理 是通过检测DNA或RNA的结构变化 量的多少及表达功能是否正常 以确定被检查者是否存在基因水平的异常变化 以此作为疾病确诊的依据 基因诊断的临床意义 在于可以对疾病作出早期 确切的诊断 可以确定个体对疾病的易感性以及疾病的分期分型 疗效监测 预后判断等 近十年来 基因诊断技术已逐步成为实验诊断的常规技术 基因诊断的原理和技术已广泛应用于临床各个学科领域 包括遗传学 传染病学 肿瘤学 血液学 免疫学以及法医学等领域 基因诊断的基本方法 基因突变的诊断 多态性分析 基因表达的检测 外源DNA的检测 基因诊断中常用的分子生物学技术 基因诊断中常用的技术主要包括 1 核酸分子杂交 2 DNA指纹3 聚合酶链式反应 PCR 4 单链构象多态性检测 SSCP 5 限制酶酶谱分析 6 DNA序列测序7 DNA芯片技术 遗传性疾病基因诊断 1 直接诊断直接诊断的前提是被检测基因必须已被克隆 基因的正常序列和结构已阐明 采用基因突变的诊断方法 通过各种分子生物学技术直接检测导致遗传性疾病发生的各种基因突变 2 间接诊断在许多情况下 疾病的致病基因尚未被克隆而无法进行直接诊断 但若致病位点已在基因组中被定位 则可以采用间接诊断策略 即采用多态性连锁分析的方法 寻找具有基因缺陷的染色体 并判断被检者是否存在该条染色体的缺陷 间接诊断不是寻找DNA的遗传缺陷 而是通过分析DNA的遗传标记的多态性来判断被检者是否具有带致病基因