Ứng dụng liệu pháp gen trong chữa bệnh di truyền

Bài viết được viết bởi chuyên viên Công nghệ gen, Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen Vinmec.

Liệu pháp gen và tế bào được gợi ra từ những thập niên cuối thế kỷ XX. Một trong những mặt bệnh đầu tiên sử dụng liệu pháp gen là bệnh hiếm gặp do đột biến dòng mầm “germ line” gen ADA dẫn đến đứa trẻ sinh ra không sản sinh hệ thống miễn dịch. Theo thuật ngữ y khoa gọi là bệnh “ Severe Combined Immunodeficiency Disease” SCID.

Bệnh nhân đầu tiên là cậu bé David Vetter sinh năm 1971 tại Texas-Mỹ đã được các bác sỹ tiến hành ghép tủy xương từ người thân, tuy nhiên kết quả điều trị thất bại do một loại gen virus hiện diện trong bộ gen tế bào tủy xương người cho tạo các oncogene hình thành ung thư.

Xem thêm >> Các ứng dụng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới hiệu năng cao (NGS)

Năm 1983, cậu bé qua đời nhưng đã mở ra một hướng nghiên cứu tìm hiểu làm rõ cơ chế tế bào và liệu pháp Gen. 6 năm sau, một hướng điều trị khác được đưa ra làm thế nào đưa được 1 đoạn gen ADA bình thường với số lượng vừa đủ vào tế bào miễn dịch để các tế bào này phục hồi chức năng trong việc bảo vệ cơ thể khỏi các bệnh truyền nhiễm.

Năm 1990, bệnh nhân Ashanti DeSilva 4 tuổi đã được chữa trị theo phương pháp đưa đoạn gen ADA bình thường vào tế bào bạch cầu của cơ thể, kết quả điều trị rất khả quan.

Có 2 phương pháp để thực hiện liệu pháp gen, phương pháp thứ nhất lấy tế bào ra khỏi cơ thể sau đó đưa các đoạn ADN cần sửa chữa vào các tế bào đó rồi truyền lại vào cơ thể, cách này được gọi chung là liệu pháp gen ngoài cơ thể (ex vivo gene therapy).

Phương pháp thứ hai được thực hiện với những trường hợp các đột biến tác động lên các mô khác nhau trong cơ thể mà các mô này không thể lấy ra khỏi cơ thể theo cách “ex vivo” do vậy giải pháp được chọn lựa là chuyển trực tiếp các đoạn ADN cần sửa chữa vào vị trí mô bị tổn thương, cách này được gọi là “in vivo gene therapy”

Nhiều năm sau đó, các nghiên cứu về liệu pháp gen tiếp tục được triển khai và thử nghiệm. Với tính năng kỳ diệu của tế bào gốc trong y học tái tạo, sự kết hợp giữa liệu pháp gen và liệu pháp tế bào gốc mang lại hy vọng to lớn trong việc điều trị các bệnh di truyền do đột biến Gen.

Năm 2007, một nhóm nhà khoa học người Anh và Mỹ đã đạt giải thưởng Nobel trong việc chứng minh nguyên lý sử dụng tế bào gốc phôi chuột để đưa 1 đoạn gen đã biến đổi vào cơ thể. Một vấn đề được đặt ra lúc đó là làm sao để có thể đưa đoạn gen đích vào đúng vị trí cần gắn kết và sửa chữa?

Công nghệ CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - Cụm tạo khoảng trống ở giữa các đoạn ngắn lặp lại đối xứng) đã thực sự bùng nổ vào cuối năm 2013 và được coi là phát hiện vĩ đại nhất trong ngành sinh học phân tử của thế kỷ 21.

Các nhà khoa học đã tìm thấy đi kèm với các cụm CRISPR luôn có hệ thống gen mã hóa enzyme cắt ADN và gọi đó là Cas gen (CRISPR - associated). CRISPR được phát hiện dựa trên chiến lược mà vi khuẩn sử dụng để bảo vệ chúng trước sự tấn công của vi rút bằng cách nhận biết các mảnh ADN ngoại lai cắt nhỏ chúng rồi chèn chúng vào các khoảng trống trong cụm CRISPR. Ở những đợt tấn công tiếp theo của vi rút, vi khuẩn nhanh chóng nhận diện sự phù hợp ADN ngoại lại mà trước đó chúng đã lưu trữ trong cụm CRISPR như một công cụ dẫn đường chính xác, kích hoạt hoạt động của hệ gen Cas bám vào ADN ngoại lai cắt nhỏ chúng để vi rút không thể nhân bản trong cơ thể vật chủ.

Khả năng nhận diện chính xác vị trí cắt và ghép nối ADN của hệ thống CRISPR/Cas đã mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới trong việc ứng dụng công nghệ này cho việc sửa chữa các gen đích đã biết trước trình tự. Các nhà khoa học sẽ thiết kế một đoạn RNA cùng trình tự với đoạn DNA cần cắt, đoạn RNA sẽ dẫn đường cho enzyme Cas đến đúng vị trí để thực hiện nhiệm vụ, “bụp”, sau đó đoạn ADN mới sẽ được “dán” vào khoảng trống tạo sẵn.

Công nghệ CRISPR/Cas đang được thử nghiệm trên một số bệnh di truyền gây ra bởi đột biến đơn gen, đơn giản bằng việc loại bỏ đoạn gen mang đột biến gây bệnh và thay vào đó là đoạn gen khỏe mạnh. Một số mặt bệnh đã được chọn lựa để thực hiện liệu pháp gen như: hồng cầu hình liềm, tan máu bẩm sinh, teo cơ Duchene, máu khó đông, ung thư và các bệnh lây nhiễm virus như HIV, viêm gan ...

Với sự phát triển không ngừng của khoa học, liệu pháp gen đang mang lại những hy vọng và hứa hẹn về ứng dụng điềun trị bệnh trong lĩnh vực y học.