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Gentherapie: Viren als Vehikel

Das vielversprechende Konzept Gentherapie in die Tat umzusetzen verlangt noch viel Forschungsarbeit. Sichere und zugleich effiziente Gen-Taxis sind zu konstruieren, wobei Viren als möglichen Vehikeln besonderes Augenmerk gilt.

Als der amerikanische Architekt und Städteplaner Daniel H. Burnham (1864 bis 1912) Ende des 19. Jahrhunderts einige der ersten Wolkenkratzer plante, hatten seine Mitarbeiter Bedenken, Gebäude zu errichten, die – wie der Name besagt – zu den Wolken aufragen. Wie berichtet wird, warnte Burnham die Skeptiker davor, kleine Pläne statt große zu machen, bar jeder die Menschen mitreißenden Magie. Er drängte sie, über die traditionellen Grenzen ihres Gebiets hinauszustreben, bislang Undenkbares sich vorzustellen und bis dahin Unmögliches zu vollbringen – drei kennzeichnende Etappen von Revolutionen.

Wie auf vielen Gebieten hat es auch in der Medizin in den letzten Jahrhunderten revolutionäre Veränderungen gegeben. Man denke nur an den Erkenntnisgewinn und die Behandlungsmöglichkeiten, die sich durch Einführung von Mikroskopie, Anästhesie, Impfungen, Antibiotika und Transplantationen ergeben haben. Jetzt steht die Medizin vor einem weiteren epochalen Übergang: in eine Ära, in der Gene routinemäßig übertragen werden, um eine Vielzahl von erblichen und erworbenen Krankheiten zu behandeln oder zu lindern.

Die Betonung liegt auf "vor". Einige übereifrige Forscher sowie Vertreter der Industrie, der Publikums- und Fachmedien haben, indem sie Hoffnungen überbetonten und Ungewißheiten herunterspielten, den Eindruck erweckt, die Gentherapie sei schon weit genug für einen breiten Einsatz gediehen. Das ist sie keineswegs.

Möglicherweise hat im Denken der Menschen die gentherapeutische Revolution tatsächlich schon stattgefunden. Bei jedem neu entdeckten Gen fragen Wissenschaftler wie Laien sofort, ob man es zur Behandlung irgendeiner Krankheit verwenden könne – selbst wenn sich für diesen Zweck eher traditionelle Ansätze anböten. Die praktische Umsetzung – der handfeste Teil der Revolution – steht jedoch auf einem ganz anderen Blatt. Die ersten notwendigen Vorleistungen haben Forscher zwar bereits erbracht: Sie haben gezeigt, daß man eingeschleuste Gene dazu bringen kann, im menschlichen Körper zu funktionieren, bisweilen sogar mehrere Jahre lang. Bisher hat allerdings kein gentherapeutischer Ansatz die Gesundheit von auch nur einem einzigen der mehr als 2000 Patienten definitiv verbessert, die weltweit an entsprechenden Versuchen teilgenommen haben.

Dies ist zwar ernüchternd, doch wäre es falsch, an der großen Zukunft der Gentherapie zu zweifeln. Das Gebiet ist schließlich noch sehr jung; in den USA finden erst seit weniger als zehn Jahren Versuche an Patienten statt. Eine realistischere Interpretation der noch alles andere als spektakulären klinischen Ergebnisse lautet wohl, daß sie das erste Vortasten der Wissenschaftler in eine schwierige neue Technologie widerspiegeln, deren Hindernisse zudem gewaltiger sind, als viele von uns erwartet hatten.

Wie ein von der amerikanischen Regierung in Auftrag gegebenes Gutachten über die Forschungsbemühungen zur Gentherapie 1995 feststellt, gilt es vor allem, die Methoden zum Einschleusen therapeutischer Gene in Zellen zu perfektionieren. Oft erreichen bei den Patienten nicht genügend solcher Gene ihren Bestimmungsort, oder sie funktionieren aus Gründen, die man nicht immer kennt, nur schlecht oder nur begrenzte Zeit. Angesichts solcher Umstände hätte ein an sich nützliches Gen kaum Chancen, den Krankheitsverlauf merklich zu beeinflussen.

In diesem Artikel werde ich einige der gewichtigsten methodischen Probleme umreißen, die einem erfolgreichen Gentransfer im Wege stehen, sowie die zur Lösung erwogenen Strategien. Dabei wird es nur um Therapien an gewöhnlichen Körperzellen gehen, also solchen, die weder Ei- noch Samenzelle sind. Bisher hat man bei den im Forschungsstadium befindlichen Versuchen am Menschen Eingriffe vermieden, die sich bewußt, aber eben vielleicht nicht wie geplant auf die Nachkommen der behandelten Personen auswirken würden. Eine qualifizierte öffentliche Diskussion über Nutzen und Risiken der Keimbahn-Therapie ist allerdings noch dringlicher geworden, seit es gelungen ist, ein erwachsenes weibliches Schaf mittels seiner Euterzellen zu klonen (Spektrum der Wissenschaft, April 1997, Seite 18). Theoretisch ließe sich somit auch mit dem Erbgut gentechnisch korrigierter Körperzellen Nachwuchs erzeugen.


Vorgehen gegen krankheitsrelevante Gene

Wer die Hindernisse auf dem Weg zur Gentherapie verstehen möchte, sollte zunächst etwas über die Rolle von Genen wissen sowie über die gegenwärtig verfolgten Strategien, auf dieser Ebene therapeutisch anzusetzen. Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der in den meisten Fällen die Bauanleitung für eines der vielen Proteine einer Zelle trägt; er gibt in verschlüsselter Form die Reihenfolge der Aminosäuren an, aus denen eben dieses Protein-Molekül aufzubauen ist. Alle Körperzellen eines Individuums enthalten in den Chromosomen ihres Zellkerns dieselben Gene. Allerdings nutzen zum Beispiel Neuronen für ihre Aufgaben eine andere Auswahl als Leberzellen und produzieren deshalb ein anderes Sortiment von Proteinen, den Hauptfunktionsmolekülen der Zellen. Genauer gesagt, wird nur von jeweils benötigten Zell-Genen eine Art transportable Abschrift – die Boten-RNA – angefertigt und als Vorlage für die Herstellung der Proteine verwendet. Diesen Vorgang bezeichnet man als Expression, als Ausprägung der Gene.

Ist ein Gen mutiert, so wird sein Produkt unter Umständen gar nicht oder nur fehlgebildet hergestellt; das defekte Molekül arbeitet dann eventuell zu schwach oder aber auch zu stark. In jedem Fall kann so ein Fehler lebenswichtige Funktionen von Zellen und Geweben beeinträchtigen, die das Protein brauchen, und somit Krankheitssymptome verursachen.

Bei der konventionellen Behandlung von Erbkrankheiten suchen Ärzte – nach Möglichkeit – die dadurch gestörten biologischen Vorgänge zu beeinflussen. Zum Beispiel wird bei der Phenylketonurie, einem angeborenen Enzymdefekt, seit langem eine strenge Diät verordnet, die frei von Phenylalanin sein muß, weil diese Aminosäure bei den betroffenen Kindern nicht korrekt umgesetzt wird. Die sich stattdessen anreichernden Stoffwechselprodukte würden das Gehirn schädigen und die körperliche Entwicklung verzögern. Sie lassen sich mittels eines einfachen Tests im Harn nachweisen. Leider sind nicht-genetische Maßnahmen bei anderen Erbleiden gewöhnlich nur teilweise wirksam.

Dies zusammen mit dem zunehmenden Einblick in die Funktionsweise von Genen und der Entdeckung zahlreicher krankheitsverursachender Erbfehler ließ bereits in den Anfängen der gentechnischen Ära vor nunmehr einem Viertel-jahrhundert die Forderung laut werden, man solle darauf hinarbeiten, Erbkrankheiten an ihrer Wurzel zu behandeln. Zu den mittlerweile untersuchten Erkrankungen gehören die Mukoviszidose, auch cystische Fibrose genannt (zähflüssige Sekrete schädigen dabei Bauchspeicheldrüse und Lungen), die Muskeldystrophie (eine fortschreitende Muskelschwäche), der Adenosindesaminase-Mangel (das Fehlen des Enzyms ruft eine schwere Immunschwäche hervor) und die familiäre Hypercholesterinämie (der angeborenermaßen zu hohe Cholesterin-Spiegel im Blut hat eine früh einsetzende Arteriosklerose zur Folge).

Erstaunlicherweise wurde mit der Zeit klar, daß sogar erworbene Leiden oft eine genetische Komponente besitzen, die man theoretisch direkt korrigierend angehen könnte. Tatsächlich zielen derzeit mehr als die Hälfte aller klinischen Versuche zur Gentherapie – gänzlich unerwartet – gegen Krebserkrankungen, die meist nicht auf angeborenen, sondern auf erworbenen Mutationen beruhen, die sich im Laufe des Lebens in Zellen anhäufen. Eine Anzahl weiterer solcher Versuche sind zudem der Behandlung von AIDS gewidmet, einer von dem Human-Immunschwächevirus HIV verursachten Infektionskrankheit.

Im Prinzip kann man ein normales Gen so übertragen, daß es auf dem Chromosom den Platz eines geschädigten einnimmt. In der Praxis ist ein solch gezielter Einbau beim Menschen noch nicht machbar, zum Glück aber oft auch gar nicht nötig. Bei den meisten Versuchen zur Gentherapie schleust man in einen bestimmten Zelltyp nur ein zusätzliches Gen ein, entweder um den Verlust oder das mangelhafte Funktionieren des natürlichen Pendants zu kompensieren oder um Zellen eine völlig neue Fähigkeit zu verleihen. Dieses letzte Ziel verfolgt man bei vielen der gegen Krebs vorgeschlagenen Gentherapien, die zur Zeit erforscht werden; man möchte entartete Zellen dazu bringen, Stoffe zu produzieren, die – je nachdem – sie direkt töten, einen wirkungsvollen Angriff des Immunsystems auslösen oder die Tumoren von der zum Wachstum nötigen Blutzufuhr abschneiden.

Einige Forschergruppen arbeiten auch an Strategien zur Kompensation von Genmutationen, die schädliche, beispielsweise überaktive Produkte zur Folge haben. Bei der sogenannten Antisense-Therapie sollen kurze Stücke synthetischer DNA-Stränge durch Anlagerung an die Boten-RNAs mutierter Gene verhindern, daß derart anomale Protein-Moleküle überhaupt produziert werden (siehe Spektrum der Wissenschaft, Februar 1995, Seite 28). Eine ähnliche Vorgehensweise setzt auf kleine enzymatisch aktive RNA-Moleküle; diese sogenannten Ribozyme sollen Boten-RNAs mutierter Gene abbauen. Eine ganz andere Idee sieht vor, ein Gen für einen verkürzten Antikörper einzuschleusen, der dann in der Zelle beispielsweise das veränderte Protein selbst binden und blockieren kann. Wieder andere therapeutische Strategien beruhen darauf, Hybride aus DNA und RNA zu erzeugen, die eine Reparatur mutierter Gene einleiten könnten.

Zur Zeit gibt es zwei grundsätzliche Wege, Zellen von Patienten mit Genen auszustatten: außerhalb des Organismus nach vorübergehender Entnahme (ex vivo) oder im Organismus selbst (in vivo). Beidemal setzt man die Gene gewöhnlich zuerst in spezielle Vehikel, sogenannte Vektoren ein, die fremde DNA in Zellen einschleusen können (Bild 1). Der gegenwärtig meist beschrittene Weg – die Entnahme von Zellen aus einem bestimmten Gewebe und die Rückführung der erfolgreich veränderten – hat den Vorteil, daß nur die gewünschten Zellen und nicht auch versehentlich andere mit dem Gen ausgestattet werden. Im anderen Fall werden die Gen-Taxis direkt in den Körper eingebracht, im allgemeinen unmittelbar in das zu behandelnde Gewebe. Letztendlich ist es natürlich das Ziel, Vektoren zu konstruieren, die – wenn sie über die Blutbahn oder andere Wege zugeführt werden – selbst zu den gewünschten Zellen finden: zum Beispiel in nur schwer zugängliche Organe oder zu versteckten Metastasen von Tumoren. Solche zielfindenden Vehikel stehen für den Einsatz bei Patienten noch nicht zur Verfügung, aber ihre Entwicklung schreitet schnell voran.

Bestimmte Gene sind im Körper nur dann von Nutzen, wenn ihre Aktivität strikt reguliert wird; sie müssen zur rechten Zeit die genau richtige Menge an Protein entstehen lassen. Eine solch präzise Steuerung eingeschleuster Gene ist im Körper noch nicht möglich, aber für viele therapeutische Zwecke auch nicht unbedingt nötig. Zudem wird es nicht immer erforderlich sein, die Gene in die reparaturbedürftigen Zellen selbst einzubringen. Manchmal dürften sich leichter zugängliche Typen von Zellen (zum Beispiel der Muskulatur oder der Haut) zu Proteinproduzenten umfunktionieren lassen. Diese könnten die Moleküle an bedürftigte Zellen in ihrer Nachbarschaft oder – zum Ferntransport – in die Blutbahn abgeben.


Retrovirale Vektoren

Schlüssel zum Erfolg einer jeden gentherapeutischen Strategie wird ein sicheres und zugleich effizientes Gen-Taxi sein. Von Anfang an hat man vor allem Viren als potentielle Vektoren ins Auge gefaßt. Schließlich sind sie kaum mehr als ein paar eigene Gene in einer Proteinhülle und speziell darauf ausgelegt, ihr Erbgut in Zellen einzubringen und dort ausprägen zu lassen (Bild 2). Außerdem kann man Abschnitte, die für die Vermehrung oder die Virulenz des Virus zuständig sind, herausschneiden und durch ein oder mehrere Gene ersetzen, die therapeutischen Nutzen versprechen. Theoretisch sollte dann ein derart verändertes Virus die Fracht in Zellen transferieren, ohne sich dort zu vermehren oder krankmachend – pathogen – zu wirken.

Besonders eingehend erforscht sind Retroviren; sie bauen DNA-Kopien ihres RNA-Erbguts dauerhaft in die Chromosomen befallener Zellen ein. Die integrierte Virus-DNA samt Fracht wird vor Zellteilungen zwangsläufig mitverdoppelt und an alle Tochterzellen weitergegeben. Im Gegensatz dazu bauen viele andere Arten von Viren ihr genetisches Material nicht in die Chromosomen ihrer Wirtszellen ein. Von ihnen übertragene Gene sind im Körper nur vorübergehend aktiv – unter anderem, weil sie vor der Zellteilung nicht mit der übrigen DNA vermehrt werden (Bild 3).

Ideale Empfänger für stabil eingebaute Gene wären sogenannte Stammzellen: dauerhaft teilungsfähige Zellen, die sich einerseits selbst regenerieren und andererseits spezialisiertere Abkömmlinge hervorbringen können. Blutbildende Stammzellen des Knochenmarks beispielsweise liefern bedarfsgerecht Ersatz für alle Arten von Blutzellen wie rote und weiße Blutkörperchen einschließlich der Immunzellen. Mit ihrer Korrektur ließe sich zum Beispiel ein Defekt, der die Funktion von Abwehrzellen beeinträchtigt, theoretisch auf Lebenszeit beheben. Noch immer ist es jedoch extrem schwierig, menschliche Stammzellen überhaupt zu identifizieren und in vorhersehbarer Weise zu verändern.

Die Fähigkeit zur Langzeit-Integration macht jene Retroviren, die man in den frühen achtziger Jahren erstmals als Vektoren in die Forschung eingeführt hatte, zwar interessant, doch andere Eigenschaften werfen Probleme auf. Sie nisten sich gleich in eine Reihe von Zelltypen ein, und dieser Mangel an hoher Zielgenauigheit kann ihrer direkten Verwendung – als Vektoren im Organismus selbst – entgegenstehen. Ihr Übertritt in Zellen, die das Fremdgen nicht erhalten sollen, könnte einerseits unerwünschte physiologische Folgen haben und andererseits den erwünschten Transfer zu den eigentlichen Zielzellen beeinträchtigen, weil zuviel Genmaterial auf Abwege gerät.

Ein weiteres Manko ist, daß die Arten von Retroviren, die momentan vorrangig als mögliche Fähren untersucht werden, für Zellsorten ungeeignet sind, die sich nicht mehr oder nur selten teilen (wie reife Nervenzellen oder Skelettmuskelzellen). Die gängigen retroviralen Vektoren erreichen die Chromosomen nur, wenn die Membran um den Zellkern sich auflöst, was nur vor der Teilung geschieht.

Problematisch ist auch, daß Retroviren ihre DNA-Kopien an beliebigen Stellen in die Wirtschromosomen einbauen. Je nachdem, wo die eingeschleusten Gene landen, können sie wichtige chromosomale Gene funktionslos machen oder in einer Weise verändern, daß sie die Entwicklung von Krebs fördern. Zwar würden vermutlich nur selten aufgrund dessen Tumoren entstehen, aber selbst die geringste Gefahr, daß sich das Krebsrisiko erhöht, muß ernst genommen werden.

In der letzten Zeit haben Wissenschaftler große Fortschritte dabei erzielt, die Unzulänglichkeiten von Retroviren als Gentaxis zu beheben. Um zum Beispiel die Spezifität der Vektoren zu erhöhen, so daß sie nur bestimmte Zellen im Körper entern, sucht man die äußere virale Hülle zu verändern. Wie andere Viren können Retroviren nur Zellen befallen, für die sie gewissermaßen einen Nachschlüssel haben. Dazu dienen bestimmte Proteine ihrer Hülle. Sie klinken sich in dazu passende Oberflächenrezeptoren der Zellen ein (Bild 4 links). Nach der Verankerung verschmilzt die Virushülle mit der Zellmembran und entläßt ihren Inhalt ins Zellinnere. Derzeit wird erforscht, wie man die natürlichen Hüllproteine ersetzen oder abwandeln beziehungsweise neue Proteine oder Teile davon hinzufügen kann, um Genvektoren zielsicher auf bestimmte Zellen zu lenken.

Daß der Austausch im Prinzip eine praktikable Strategie ist, belegt ein Experiment meines Kollegen Jiing-Kuan Yee zusammen mit meiner Arbeitsgruppe an der Universität von Kalifornien in San Diego. Wir haben hierbei das Hüllprotein des Mäuse-Leukämie-Virus durch das des menschlichen Vesicular-Stomatitis-Virus ersetzt (das Mäusevirus, das beim Menschen, soweit man weiß, keine Krankheit verursacht, ist das bislang am gründlichsten für Gentherapiezwecke untersuchte Retrovirus; das Stomatitis-Virus, ein Rhabdovirus, befällt hingegen Zellen der Mundschleimhaut und ruft dort Bläschen hervor). Das umgerüstete Mäusevirus infizierte daraufhin statt seiner ursprünglichen Zellen nun solche, die Rezeptoren für das Vesicular-Stomatitis-Virus trugen (Bild 4 rechts).

Arbeiten zur Abwandlung vorhandener Hüllproteine machen ebenfalls gute Fortschritte. Yuet Wai Kan und seine Kollegen an der Universität von Kalifornien in San Francisco haben kürzlich ein Proteinhormon an das Hüllprotein des Mäuse-Leukämie-Virus gekoppelt. Menschliche Zellen, die Rezeptoren für das Hormon trugen, waren dann infizierbar (Bild 4 Mitte).

Bessere Aussichten bestehen mittlerweile auch auf Herstellung retroviraler Vektoren, die therapeutische Gene in die Chromosomen sich nicht teilender Zellen einzuführen vermögen. Inder M. Verma und Didier Trono mit ihren Kollegen am Salk-Institut für biologische Studien in San Diego nutzen die Fähigkeit des AIDS-Erregers HIV, seine Gene in den Kern sich nicht teilender Hirnzellen einzuschleusen, ohne daß sich dessen Membran dazu auflösen muß (Bild 5).

Die Gruppe entfernte vermehrungswichtige virale Gene und setzte an deren Stelle ein Gen für ein Protein ein, das sich leicht nachweisen ließ. Der Vektor übertrug dann das Indikator-Gen in Zellen einer Kulturschale (ex vivo); gleiches gelang ihm nach Injektion ins Gehirn von Ratten (in vivo). In dieser entschärften Form wird sich HIV vielleicht eines Tages als nützlicher Vektor erweisen, wenn sich die Bedenken, er könne womöglich dennoch irgendwie pathogen werden, ausräumen ließen.

Bei einem anderen Ansatz würde man bestimmte nützliche Gene von HIV in Retroviren transferieren, die beim Menschen keine Erkrankungen verursachen. Hier sind besonders seine Gene für Proteine interessant, die Erbmaterial in den Zellkern transportieren.

Schließlich bemüht man sich auch dem Manko beizukommen, daß retrovirale Vektoren ihr Erbmaterial wahllos verteilt in das zelleigene einbauen. Hilfreich für Forscher, die sich mit dieser schwierigen Aufgabe beschäftigen, sind neue Erkenntnisse, wie sich Gene an vorhersagbaren Stellen in die DNA anderer Organismen, darunter der Hefe, integrieren.


Andere virale Vektoren

Die beliebteste Alternative zu Retroviren als Basis für Genfähren sind die weit verbreiteten menschlichen Adenoviren, unter anderem, weil sie recht sicher sind (Bild 3). Die natürlich vorkommenden Formen verursachen bei gesunden Personen gewöhnlich nichts Schlimmeres als Infektionen der Atemwege. Zudem infizieren adenovirale Vektoren leicht menschliche Zellen und erzeugen, zumindest zu Anfang, gewöhnlich große Mengen des therapeutischen Proteins. Sie transportieren zwar Erbmaterial in den Zellkern, bauen es aber offenbar nicht in Chromosomen ein. Somit umgeht man das Risiko, durch unpassendes Einnisten wichtige zelluläre Gene zu beeinträchtigen oder die Krebsentstehung zu fördern. Die eingebrachten Gene sind jedoch oft nur vorübergehend wirksam, weil nicht integrierte DNA mit der Zeit schwindet. Im Falle chronischer Leiden wie der cystischen Fibrose müßte deshalb die Behandlung leider in Abständen (zum Beispiel alle paar Monate oder Jahre) wiederholt werden. Für manche Anwendungsmöglichkeiten jedoch – wenn ein Protein nur zeitweise benötigt wird, um etwa eine Immunantwort gegen Krebs oder einen Krankheitserreger auszulösen – dürfte eine nur kurzzeitige Ausprägung eines fremden Gens sogar vorzuziehen sein.

Wie Retroviren sind Adenoviren nicht spezifisch genug. Doch auch hier schreitet die Entwicklung von Methoden, derartige Vektoren auf bestimmte gewünschte Gewebe zu lenken, rasch voran.

Noch ist die starke körpereigene Immunantwort gegen adenovirale Vektoren ein erhebliches Hindernis für den Einsatz bei Patienten. Bei der ersten Behandlung können solche Genfähren die richtigen Zellen infizieren und große Mengen des gewünschten Proteins erzeugen. Bald tritt jedoch die Immunabwehr auf den Plan; die veränderten Zellen werden abgetötet, die neuen Gene außer Gefecht gesetzt. Ist das Immunsystem erst einmal gegen die Viren mobilisiert, beseitigt es sie bei neuerlicher Verabreichung zudem rascher als zuvor. Solche Reaktionen haben wahrscheinlich bei einer Reihe von Gentransfer-Studien mit Adenoviren an Patienten dazu beigetragen, daß die neuen Gene ihre Arbeit einstellten. Das zunehmende Verständnis der Ursachen setzt man aber bereits in eine neue Generation von Vektoren um, auf die das Immunsystem weniger stark reagieren sollte. Man hat dazu jene adenoviralen Gene, die in erster Linie für das Auslösen der Immunangriffe verantwortlich sind, entfernt oder durch Mutation verändert.

Mehrere andere Viren werden ebenfalls als Vektoren untersucht – unter ihnen adeno-assoziierte Viren, Herpesviren, Alphaviren und Pockenviren (die zur Impfung verwendeten Formen). Kein System ist bis jetzt ausgereift, aber für jedes gibt es wahrscheinlich eine eigene therapeutische Nische (Bild 3). Adeno-assoziierte Viren sind zum Beispiel attraktiv, weil sie beim Menschen nach heutigem Ermessen keine schwerwiegende Krankheit verursachen, und überdies ihre Gene in menschliche Chromosomen einbauen und das offenbar überwiegend an bestimmten Stellen (siehe Spektrum der Wissenschaft, April 1997, Seite 44). Wahrscheinlich eignen sie sich deshalb für einige Anwendungsarten, für die man im Moment Retroviren benutzt. Allerdings sind sie kleiner (sie gehören zu den Parvoviren; lateinisch parvus, klein), so daß große Gene ihr Fassungsvermögen wohl übersteigen.

Herpesviren – wie jene, welche die lästigen Lippenbläschen hervorrufen – integrieren dagegen ihre Gene nicht in die DNA des Wirts. Sie steuern jedoch Neuronen als Wirtszellen an, von denen einige sie dann in einer mehr oder weniger unschädlichen Form ein Leben lang beherbergen. Herpesviren kommen deshalb als Vektoren für die Behandlung neurologischer Erkrankungen in Frage.


Verpackt oder nackt

Insgesamt erscheinen Vektoren, die sich von Viren ableiten, weiterhin sehr vielversprechend; allerdings ist immer einiger Forschungsaufwand erforderlich, um sicherzustellen, daß sie sich nicht doch in einen Krankheitserreger zurückverwandeln. Erwägungen wie diese haben die Entwicklung verschiedener nicht-viraler Transfermethoden für therapeutische Gene angeregt.

Im allgemeinen verwendet man eine Art Virus-Imitat als Vehikel: Moleküle, welche die zu transportierende DNA fest zusammengepackt umhüllen, in Zellen einbringen und dort vor Abbau schützen. Wie beim viralen Ansatz sind aber noch Verbesserungen nötig. Im Laborversuch werden die von synthetischen Vektoren übertragenen Gene in die Chromosomen von Empfängerzellen eingebaut. Nach einem Transfer in den Organismus ist das allerdings nur selten geschehen. Ob man die fehlende Integration als Vor- oder Nachteil wertet, hängt – wie gesagt – vom beabsichtigten Zweck der Therapie ab.

Die wohl bekanntesten künstlichen Vehikel fußen auf Liposomen: kleinen Hohlkügelchen aus Lipid-, also Fettmolekülen. Man erforscht sie bereits fast genauso lange wie retrovirale Vektoren. Man kann diese synthetischen Bläschen so herstellen, daß sie einen stabilen DNA-Ring enthalten, der sich von einem bakteriellen Zusatzchromosom, einem Plasmid, ableitet. In ihm hat man gewisse eigene Gene durch therapeutische menschliche ersetzt. Liposomen (oder Lipoplexe, wie man neuere Versionen zunehmend nennt) übertragen Erbmaterial zwar viel weniger effizient als virale Vektoren, doch ist das Verfahren weit genug gediehen, um es in klinischen Studien bei solch schweren Krankheiten wie cystischer Fibrose oder Krebs zu erproben. Mittlerweile experimentieren Forscher bereits mit der chemischen Zusammensetzung von Liposomen, um sie zu vergleichbar zielgerichteten und wirkungsvollen Vektoren zu machen wie virale. Ihre Arbeit beginnt erste Früchte zu tragen.

Bei anderen neueren Formen nicht-viraler Vektoren wird die DNA nicht in Lipide verpackt, sondern in Hüllen aus Aminosäurepolymeren und anderen Verbindungen, welche die therapeutischen Gene zu den gewünschten Körperzellen lenken und im Zellinneren vor abbauenden Enzymen schützen sollen. Diese Komplexe werden eingehend von Max Birnstil und David Cotten am Institut für Molekularpathologie in Wien sowie von David T. Curriel an der Universität von Alabama im amerikanischen Birmingham untersucht. In Zellkultur haben solche Verpackungen gut funktioniert; nun modifiziert man sie weiter und prüft sie an Tieren und Patienten.

Manche Wissenschaftler erforschen den Einsatz sogenannter nackter DNA; sie wird ohne Verpackung in die Muskulatur injiziert, in Zellen aufgenommen und ausgeprägt. Handelt es sich bei dem erzeugten Produkt um das Protein eines Erregers oder um ein Tumor-Antigen, so kann es eine – erwünschte – Immunreaktion auslösen. Ersten Resultaten zufolge scheint diese Strategie große Möglichkeiten zur Immunisierung gegen Infektionskrankheiten, aber auch zur Bekämpfung gewisser Formen von Krebs zu eröffnen.

Auch Alternativen zu Plasmiden werden untersucht. Insbesondere geht es um die Herstellung von Miniaturchromosomen – künstlichen menschlichen Chromosomen, in die man therapeutische Gene einbauen könnte (Spektrum der Wissenschaft, Juni 1997, Seite 19). Diese Konstrukte sollen nur soviel genetisches Material besitzen, wie nötig ist, um ihren Abbau im Zellkern und einen Verlust während der Zellteilung zu verhindern. Außerdem werden sie über Elemente verfügen, die es ihnen ermöglichen, sich wie normale Chromosomen vor jeder Zellteilung akkurat (und nur einmal) zu verdoppeln und sich gleichmäßig auf die Tochterzellen zu verteilen.


Kein Universalsystem, aber viele zur Wahl

Forscher werden auch weiterhin die Genübertragungsmethode danach wählen, welches therapeutische Ziel sie verfolgen. Bei einem angeborenen Gendefekt, der lebenslangen Nachschub an dem normalen Genprodukt verlangt, dürfte ein Vektor am günstigsten sein, der das therapeutische Gen dauerhaft in die Chromosomen des Patienten integriert. Dann wählt man möglicherweise ein Retro- oder ein adeno-assoziiertes Virus. Ist nur eine kurzfristige Aktivität eines Gens erforderlich, etwa um das Immunsystem auf Krebszellen oder einen Krankheitserreger aufmerksam zu machen, sind vielleicht Gen-Taxis zweckmäßiger, die sich nicht integrieren – wie adenovirale Vektoren, Liposomen oder sogar nackte DNA.

Die Vehikel, die schließlich einmal allgemein in Gebrauch kommen, sind aber höchstwahrscheinlich nicht mehr die Prototypen, die man zur Zeit testet. Da kein System für alle Krankheiten optimal geeignet ist, wird man viele zur Wahl haben. Die idealen Gentransfersysteme der Zukunft werden die besten Eigenschaften verschiedener Vektoren in sich vereinen und jeweils auf ein spezielles Gewebe oder einen bestimmten Zelltyp zugeschnitten sein sowie auf die erforderliche Dauer der Genaktivität und die gewünschten physiologischen Auswirkungen des Genprodukts. Zusätzlich besteht der Wunsch, die Stärke der Aktivität steuern und eingeschleuste Gene abschalten oder wieder vollständig entfernen zu können, wenn mit der Therapie etwas schief läuft. Wege hierfür gilt es zu entwickeln.

Literaturhinweise

- Gene Therapy for Human Genetic Disease. Von Theodore Friedmann und Richard Roblin in: Science, Band 175, Seiten 949 bis 955, 3. März 1972.

– Human Somatic Gene Therapy: Progress and Problems. Von M. K. Brenner in: Journal of Internal Medicine, Band 237, Heft 3, Seiten 229 bis 239, März 1995.

– Recombinant DNA Research. Agency: National Institutes of Health. Federal Register, Band 61, Heft 131, Seiten 35774 bis 35777, Montag, 8. Juli 1996


Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 1997, Seite 50
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 1997

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 1997

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