Liệu pháp gen là gì? Ứng dụng của liệu pháp gen trong y học

Liệu pháp gen là một lựa chọn điều trị đầy hứa hẹn đối với một số bệnh (bao gồm bệnh di truyền, một số loại ung thư và một số bệnh nhiễm virus), kỹ thuật này vẫn còn nhiều rủi ro và đang được nghiên cứu để nâng cao tính an toàn và hiệu quả. Ở bài viết này, Mescells sẽ giới thiệu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của liệu pháp gen trong y học.

1. Liệu pháp gen là gì?

Liệu pháp gen (Gene Therapy) là một phương pháp điều trị các bệnh di truyền và ung thư có nhiều triển vọng. Liệu pháp này thực hiện bằng cách thay thế gen bị đột biến bằng gen khỏe mạnh, làm bất hoạt gen bị đột biến sai chức năng hoặc đưa một gen mới vào cơ thể để chữa bệnh.

Liệu pháp gen thường là phương pháp điều trị một lần, cho phép cơ thể bạn tạo ra các protein cần thiết để hoạt động bình thường và làm giảm các triệu chứng của bệnh. Cả các bệnh di truyền bẩm sinh (ví dụ như máu khó đông và thiếu máu hồng cầu hình liềm) và các rối loạn mắc phải (ví dụ bệnh bạch cầu) đều đã được can thiệp hiệu quả bằng liệu pháp gen.

Cách liệu pháp gen được ứng dụng trong điều trị bệnh lý

2. Nguyên lý hoạt động của liệu pháp gen

2.1. Bổ sung gen

Phương pháp này bổ sung một bản sao hoạt động của gen đó hoặc bổ sung thêm một gen khác để khắc phục vấn đề. Gen được bổ sung cho phép cơ thể tạo ra các protein có khả năng kiểm soát hoặc điều trị vấn đề đó.

Ví dụ như đối với các rối loạn di truyền hoặc bệnh hemoglobin (thiếu máu hồng cầu hình liềm), phương pháp này sẽ sử dụng một vector – thường là một loại virus đã được biến đổi – để đưa gen mới, có chức năng vào nhân tế bào, nơi nó hướng dẫn tế bào sản xuất các protein chức năng.

2.2. Thay thế gen

Thay thế gen là phương pháp thay thế chức năng của một gen bị thiếu, bị lỗi hoặc không hoạt động bằng một bản sao mới, hoạt động bình thường của gen bị lỗi đó. Gen mới nằm bên trong nhân tế bào, hay trung tâm điều khiển, và cho phép các tế bào sản xuất các protein bị thiếu, vốn rất quan trọng cho hoạt động của cơ thể  (theo Pathak, Sangeeta, 2022).

2.3. Chỉnh sửa gen

Hoạt động này chủ yếu dựa vào việc đưa vào vị trí cụ thể một vết đứt đôi (DSB) trong ADN. Vết đứt đôi cụ thể do nuclease gây ra trong bộ gen kích thích các cơ chế sửa chữa nội sinh hoạt động. Hai cơ chế sửa chữa được hiểu rõ nhất là nối đầu không tương đồng (NHEJ) và sửa chữa hướng đồng nhất (HDR). Trong NHEJ, vết đứt đôi được sửa chữa đơn giản bằng cách nối hai đầu của ADN bị đứt. Cơ chế này tương đối dễ xảy ra lỗi và thường dẫn đến chèn và xóa (indel), có thể dẫn đến mất chức năng của gen. Ngược lại hoàn toàn, HDR – cơ chế tái tổ hợp tự nhiên được quan sát thấy trong tế bào động vật có vú – liên quan đến việc sử dụng nhiễm sắc thể chị em làm khuôn mẫu cho quá trình “sao chép và dán”, được gọi là tái tổ hợp tương đồng (theo Cihan Ay, 2024).

2.4. Ức chế gen

Ức chế gen bao gồm việc vô hiệu hóa hoặc “làm im lặng” sự biểu hiện của một gen đột biến hoặc lỗi, gen này mã hóa cho một loại protein độc hại hoặc quá nhiều protein.

Các nguyên lý hoạt động chính của liệu pháp gen

3. Ứng dụng của liệu pháp gen trong y học

Liệu pháp gen có phạm vi ứng dụng rộng rãi, bao gồm ung thư, máu khó đông, tăng cholesterol máu, thoái hóa thần kinh và nhiều bệnh lý khác. Một số ứng dụng và bệnh lý được nhắm đến bao gồm:

3.1. Bệnh ung thư

Các liệu pháp gen điều khiển hệ thống miễn dịch như liệu pháp CAR-T, ức chế các yếu tố thúc đẩy sự phát triển khối u, nhắm mục tiêu vào các kháng nguyên đặc hiệu của ung thư và ngăn chặn hình thành mạch máu đang được ứng dụng để điều trị ung thư….

Với sự phát triển của công nghệ tái tổ hợp ADN, liệu pháp gen đã trở thành một phương pháp mới để kiểm soát khối u. Công nghệ can thiệp ARN có tác dụng “tắt” hoàn toàn các gen nội sinh và gen ngoại sinh. Liệu pháp điều trị khối u bằng cách tác động đồng thời vào nhiều giai đoạn phát triển của bệnh sẽ giúp các công nghệ này phát huy hiệu quả tối ưu (theo Xiuhua Pan , 2021).

3.2. Các bệnh thoái hóa thần kinh

Ưu điểm của liệu pháp gen là nó có thể đưa vector gen đến các vùng não cụ thể để thay đổi chức năng và điều trị bệnh Parkinson, đồng thời tránh các tác dụng phụ không mong muốn. Hiện nay, có ba chiến lược liệu pháp gen chính để điều trị Parkinson: (1) khôi phục quá trình tổng hợp dopamine ở thể vân; (2) cung cấp hỗ trợ dinh dưỡng thần kinh để thúc đẩy sự sống sót của tế bào thần kinh tại các vị trí thoái hóa thần kinh; (3) điều chỉnh hoạt động của tế bào thần kinh kích thích ở nhân dưới đồi.

3.3. Các rối loạn di truyền

Phương pháp này được sử dụng để điều trị các bệnh di truyền như ADA-SCID, máu khó đông, loạn dưỡng cơ, thiếu máu hồng cầu hình liềm và viêm võng mạc sắc tố. Việc thay thế các gen khiếm khuyết bằng các bản sao chức năng mang lại hy vọng điều trị cho người bệnh.

Liệu pháp gen trong y học mang đến hy vọng điều trị cho nhiều bệnh lý phức tạp

4. Thách thức của liệu pháp gen

Liệu pháp gen dựa trên vector virus cho thấy độc tính do tác dụng ngoài mục tiêu, tính sinh miễn dịch và phản ứng viêm ở vật chủ, trong khi liệu pháp không dựa trên vector virus có khả năng thâm nhập và hiệu quả hạn chế.

Chi phí cao và khả năng chuyển đổi thành ung thư là những thách thức khác. Liệu pháp gen có thể không hiệu quả vì các tế bào ung thư vẫn không bị phát hiện do các cơ chế trốn tránh phát triển và giảm biểu hiện kháng nguyên khối u trên bề mặt của chúng.

Ngoài ra, chúng cũng có thể khởi phát quá trình bất hoạt tế bào miễn dịch và giải phóng các chất vào môi trường vi mô để thúc đẩy sự tăng sinh và tồn tại của tế bào khối u. Hiệu quả truyền tải của các vector adenovirus gây ung thư kích hoạt tính sinh miễn dịch liên quan đến tự thực bào bị ảnh hưởng bởi sự phổ biến của kháng thể trung hòa trong quần thể người (theo Bansal, Alka , 2023).

Vẫn còn nhiều thách thức mà các nhà nghiên cứu cần giải quyết để có thể đưa liệu pháp gen vào ứng dụng rộng rãi

Mặc dù có nhiều thách thức, nhưng không thể phủ nhận tiềm năng điều trị do liệu pháp gen mang lại. Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang tích cực cải thiện kỹ thuật và công nghệ vector để nâng cao tính an toàn và hiệu quả của liệu pháp này.

Liệu pháp gen mang lại hy vọng chữa khỏi vĩnh viễn nhiều loại bệnh khác nhau, bao gồm các rối loạn di truyền và không di truyền liên quan đến chuyển hóa, protein và enzyme… Bằng cách khắc phục những hạn chế như tính sinh miễn dịch, tính gây đột biến và chi phí cao, liệu pháp gen có thể trở thành phương pháp điều trị được ứng dụng rộng rãi, đem lại nhiều thành tựu y học và nâng cao tỷ lệ thử nghiệm lâm sàng trong tương lai.