Die Gentherapie stellt einen innovativen Ansatz zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten dar, einschließlich Krebs, Diabetes und erblichen Stoffwechselstörungen. Trotz vielversprechender Ergebnisse ist eines der Hauptprobleme, das ihre praktische Anwendung einschränkt, die Lieferung von genetischem Material an die Zielzellen im Körper. Die Dosierung des genetischen Materials und seine effektive Einführung in die Zellen führen oft zu hohen Kosten und Risiken, die mit dem Immunsystem verbunden sind.
Eine neue Studie von Forschern der Universität Wisconsin-Madison, veröffentlicht in PLOS ONE, zeigt eine vielversprechende Lösung für dieses Problem durch die Verwendung elektrischer Impulse, die menschliche Zellen empfänglicher für die Aufnahme von genetischem Material machen. Diese Entdeckung könnte neue Möglichkeiten für eine zugänglichere und sicherere Gentherapie eröffnen.
Die direkte Lieferung von genetischem Material an die Zielzellen bietet mehrere bedeutende Vorteile gegenüber systemischen Methoden, bei denen das Material in die periphere Blutbahn eingeführt wird. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die insgesamt erforderliche Dosis an genetischem Material verringert wird. Bei der systemischen Lieferung geht ein großer Teil des genetischen Materials während des Durchgangs durch das Blut und die Organe verloren, was erheblich höhere Dosen erforderlich macht. Dies erhöht nicht nur die Produktionskosten, sondern auch das Risiko unerwünschter Reaktionen, wie übermäßige Immunreaktionen oder Zytokinstürme. Ein Zytokinsturm ist eine schwere Immunreaktion, bei der der Körper übermäßige Mengen entzündlicher Moleküle produziert, was zu Gewebeschäden führen kann.
Durch die direkte Lieferung wird die Zeit, die das genetische Material im Blutkreislauf verbringt, verkürzt, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Immunreaktion und eines Effizienzverlustes minimiert wird. Dies erhöht erheblich die Sicherheit und Zugänglichkeit der Therapie für mehr Patienten.
Die Forscher der Universität Wisconsin-Madison haben eine Technik entwickelt, bei der elektrische Impulse verwendet werden, um die Aufnahme von genetischem Material durch die Zellen zu verbessern. Obwohl der genaue Mechanismus, durch den elektrische Impulse die Aufnahme erhöhen, nicht vollständig verstanden ist, zeigen Studien, dass die Impulse kleine (Nano-)Poren in der Zellmembran erzeugen, die das Eindringen von genetischem Material in die Zellen erleichtern.
Eine der verwendeten Technologien umfasst virale Vektoren wie AAV8 (adeno-assoziierte Viren), die effektive Träger von genetischem Material sind. Obwohl die Größe dieser Vektoren relativ groß ist, glauben die Wissenschaftler, dass die Schaffung von Poren in der Membran deren Eindringen erleichtern könnte. Dies bleibt jedoch ein Thema für zukünftige Forschung.
Eine effektive Lieferung von genetischem Material könnte die Gentherapie für Millionen von Menschen zugänglicher und sicherer machen. Viele erbliche Stoffwechselkrankheiten, wie Diabetes, Hämophilie und Mukoviszidose, betreffen die Leber, die eine zentrale Rolle im Stoffwechsel spielt. Fortschrittliche Methoden zur Lieferung von genetischem Material an Leberzellen könnten genetische Mutationen korrigieren und eine dauerhafte Behandlung für diese Erkrankungen bieten.
Die Entwicklung neuer Methoden zur Lieferung von genetischem Material an Zielzellen könnte die Behandlungskosten erheblich senken. Der Einsatz von Techniken wie elektrischen Impulsen könnte diese Therapien einem breiteren Patientenkreis zugänglich machen.
Die nächste Phase der Forschung umfasst die Optimierung der Parameter der elektrischen Impulse, wie Intensität, Dauer und Anzahl der Impulse, um den Effekt auf die Aufnahme von genetischem Material zu maximieren, ohne die Zellen zu schädigen. Darüber hinaus planen die Wissenschaftler, von In-vitro-Experimenten an Zellkulturen zu In-vivo-Studien unter Laborbedingungen überzugehen. Langfristige Pläne umfassen die Erweiterung der Anwendung der Technik auf andere Zelltypen und Organe, mit dem Ziel, die Behandlungsmöglichkeiten für verschiedene Krankheiten zu erweitern.