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»Gentherapie sicher gestalten«

07.02.2005  00:00 Uhr
Interview

»Gentherapie sicher gestalten«

von Conny Becker, Berlin

Für sein Projekt, die Gentherapie zu verbessern, erhält Dr. Carsten Rudolph 1,52 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Wieso synthetische Genfähren sicherer als Viren sind und wie sie funktionieren, erklärt der Münchner Pharmazeut, der am Dr.-von-Haunerschen-Kinderspital auf dem Gebiet der Lungenkrankheiten forscht, in einem Gespräch mit der PZ.

PZ: Im BioFuture-Wettbewerb des BMBF haben sich mehr als 1200 Forscher beworben, Sie sind unter den 51 Gewinnern. Was hat Ihr Projekt Ihrer Meinung nach ausgezeichnet?

Rudolph: Ich glaube, es besitzt eine hohe Aktualität. Ich arbeite auf dem Gebiet der somatischen Gentherapie mit der Idee, Gene als Arzneistoffe einzusetzen, um letztlich Erbkrankheiten zu heilen. Das Konzept ist ziemlich einfach: Man nimmt das entsprechende Gen, verpackt es in einem bestimmten Delivery-System, synthetische Systeme oder Viren, und appliziert dies. Die Zelle nimmt die genetische Information in den Zellkern auf, wo sie abgelesen wird, so dass das heile Protein entsteht.

PZ: Dennoch gibt es gerade bei viralen Vektoren große Probleme in der Therapie. Können Sie diese mit synthetischen Vehikel umgehen?

Rudolph: Ja, ich hoffe, mit ihnen die Gentherapie sicher zu gestalten. Erstens verwende ich synthetische Systeme, die zu keiner großen Immunantwort führen dürften. Derzeit arbeite ich mit einem kationischen Polymer aus linearem Polyethylenimin. Hier gibt es eine elektrostatische Anziehung mit der negativ geladenen DNA, so dass sich Partikel im Nanometerbereich bilden. Zweitens verwende ich als Erster ein komplettes Gen mit allen Introns und Exons und dem physiologischen Promotor, der für die Regulation des natürlichen Gens hauptsächlich verantwortlich ist. Denn bei synthetischen Vehikeln gibt es kein Packungslimit für die Größe der DNA. Und schließlich setze ich ein Integrationssystem ein, um die applizierte DNA ins Genom zu integrieren, das als sehr sicher bezeichnet werden kann.

PZ: Wie funktioniert die Integration des Gens und was macht sie sicherer als bei Viren?

Rudolph: Das Integrationssystem basiert auf einer Integrase von einem Phagen, der eigentlich Streptomycesbakterien befällt. Das Enzym erkennt auf dem Genom bestimmte Basensequenzen, an denen es bindet. Und diese Stellen sind beschränkt. An Humanzellen wurde entdeckt, dass es eine bevorzugte Integrationsstelle auf Chromosom 8 gibt, bei der über 50 Prozent der Integration stattfinden. Und dort sind keine transkriptionsaktiven Bereiche, dort ist kein relevantes Gen codiert.

PZ: Diesen Ansatz wollen Sie bei einer Erbkrankheit, dem Surfactantprotein-B-Mangel, testen. Worum handelt es sich dabei?

Rudolph: Surfactantprotein B wird von den Typ-2-Tellen in der Lunge exprimiert und reduziert in der die Lunge auskleidenden Phospholipidschicht die Oberflächenspannung. So wird ein Kollabieren der Lungenbläschen bei der Ausatmung verhindert. Das Protein ist somit essenziell. Kinder mit einem Defekt in diesem Gen sterben innerhalb der ersten Lebensjahre. Die einzige therapeutische Option derzeit ist eine Lungentransplantation.

Was mein Projekt begünstigt ist, dass bestimmte transgene Mäuse mit diesem Defekt innerhalb weniger Tage ohne erfolgreiche gentherapeutische Behandlung sterben. Das heißt, das Überleben zeigt direkt den Erfolg. Außerdem ist das Surfactantprotein-B-Gen sehr klein, so dass es sich recht einfach herstellen lässt.

PZ: Wie applizieren Sie die Gen-Carrier?

Rudolph: Bei Mäusen erst einmal intravenös, da es bei ihnen vorwiegend zu einer Expression in den Typ-2-Zellen der Lunge kommt. Parallel wollen wir neue, definierte Systeme entwickeln, die diese Zellen selektiv nach ihrer Inhalation transfizieren können. Ein Problem bereiten dabei die Alveolarmakrophagen, so dass die Kinetik der Aufnahme in die Zelle schneller sein muss als die der Phagozytose. Helfen kann hier der Rezeptor-vermittelte Gentransfer. Das heißt, die Partikel erhalten einen kleinen Liganden, der an solche Rezeptoren an der Zelloberfläche bindet, mit deren Hilfe Substanzen internalisiert werden. Diese Methode ließe sich dann auch außerhalb der Gentherapie auf partikelbasierte inhalative Systeme anwenden, wie etwa in der Krebstherapie.

PZ: Wie überprüfen Sie die Sicherheit der Therapie und mit welchen Nebenwirkungen ist trotz allem zu rechnen?

Rudolph: Wir werden nach der Behandlung die Lungenfunktionsparameter bestimmen sowie das Transkriptionsprofil in den genetisch veränderten Zellen anschauen und jeweils mit Wildtypmäusen vergleichen. Schließlich integrieren wir das komplette Gen an einer andern Stelle im Genom. Daher müssen wir prüfen, ob der Normalzustand der Zelle in seiner Gesamtheit wiederhergestellt werden kann, ob alle 30.000 Transkripte, alle Messenger-RNAs physiologisch gebildet werden. Wenn das der Fall ist, wäre das der Beweis, dass man mit der Gentherapie ganz kausal Krankheiten wie auch die Mukoviszidose behandeln kann.

Dennoch könnten direkt nach der Applikation inflammatorische Reaktionen auf die Gentransferpartikel auftreten, die aber innerhalb der ersten 48 Stunden verschwinden. Ansonsten dürften eigentlich keine Nebenwirkungen entstehen.

 

Viren bereiten Probleme Ein französisches Team hat vor einigen Jahren gezeigt, dass somatische Gentherapie funktionieren kann: Beim schweren kombinierten Immundefekt, einer Erbkrankheit, bei der die betroffenen Kinder keine reifen T-Lymphozyten und Natürliche Killerzellen bilden können und unter sterilen Bedingungen leben müssen. Das Team hat damals Stammzellen aus dem Knochenmark der Patienten isoliert, sie ex vivo mit einem Retrovirus transfiziert, der das heile Gen trug, und dann wieder implantiert. Daraufhin haben die Patienten innerhalb kurzer Zeit reife T-Lymphozyten und Natürliche Killerzellen gebildet und konnten unter normalen Bedingungen leben.

Allerdings ist bei zwei der 14 Patienten nach mehreren Jahren eine Leukämie entstanden, so dass die Studien vorläufig gestoppt wurden. Es stellte sich heraus, dass sich das Retrovirus in der Nähe eines Protoonkogens in die DNA integriert und dieses somit aktiviert hat, woraufhin die Leukämie entstanden ist. Nachforschungen ergaben, dass gerade die Integrationsmechanismen solcher Viren eine große Gefährdung darstellen. Denn sie werden hauptsächlich im transkriptionsaktiven Bereichen des Genoms eingebaut, also da, wo abgelesen wird und die Proteine kodieren. Dies birgt ein massives Sicherheitsrisiko, weil so ein Gen unter Umständen nicht mehr richtig abgelesen werden kann.

Darüber hinaus stellt das Immunsystem bei den viralen Genfähren ein Problem dar. In Amerika starb sogar ein Patient, bei dem Adenoviren als therapeutische Vehikel eingesetzt wurden, an immunologischen Überreaktionen.

Das dritte Problem bei viralen Systemen ist, dass man nur relativ kleine DNA-Größen verpacken und daher nur die cDNA verwenden kann ­ das heißt, die komplementäre DNA zur Messenger-RNA, die keine Introns, also transkriptionsinaktive Bereiche mehr enthält. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Intronsequenzen für die Regulation eines Gens bedeutend seien können. Wird nur die cDNA verwendet und fehlen daher regulatorische Mechanismen, könnten Nebenwirkungen entstehen.

 

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