Về nguyên tắc, ý tưởng dùng liệu pháp gen để điều trị bệnh lý hemoglobin (bệnh thalassemia và bệnh hồng cầu hình liềm) thì đơn giản. Hồng cầu luôn tiếp tục được bổ sung từ các tế bào gốc tạo máu. Vì thế sự chuyển ghép một đơn vị gen điều trị của chuỗi β-globin bình thường vào tế bào gốc tạo máu của bệnh nhân sẽ tạo ra thế hệ tế bào máu bình thường (chú ý: không cần có người hiến tủy).
Một số lượng khám phá chính và tiến bộ kỹ thuật của liệu pháp gen 20 năm qua, đặc biệt từ năm 2000 cho thấy cuối cùng liệu pháp gen trong bệnh lý hemoglobin có khả năng trở thành hiện thực trong một tương lai không xa.
Năm 1987, một nhóm nghiên cứu dẫn đầu là giáo sư Frank Grosveld phát hiện ra đoạn điều khiển chính của nhóm gen sản xuất chuỗi β-globin, được biết đến như là “vùng điều khiển” (“locus control region” (LCR)). Người ta đã tìm thấy sự liên kết giữa LCR với gen chuỗi β-globin sẽ làm cho gen đáp ứng tức thời có hiệu quả và tái sản xuất, để sản xuất ra một lượng β-globin đủ lớn để điều trị, nếu thực hiện như một liệu pháp gen điều trị (Levings và Bungert, 2002; Stamatoyannopoulos, 2005).
Sự chuyển ghép của phức hợp LCR – gen chuỗi β-globin vào tế bào gốc tạo máu của bệnh nhân qua trung gian virus sao chép ngược (retrovirus), dẫn đến gắn gen liệu trị vào DNA của tế bào gốc tạo máu suốt đời. Về tổng thể qui trình liệu pháp gen là một quá trình ngoài cơ thể. Tế bào gốc tạo máu được phân tách từ tủy xương bệnh nhân và cho kết hợp LCR-gen chuỗi β-globin với vector trung gian là virus sao chép ngược.
Tế bào được sửa chữa sau đó đưa trở lại bệnh nhân khi đã được hóa trị liệu sẵn sàng (phá hủy hoàn toàn hoặc một phần tủy xương bệnh) (giống như bệnh nhân ghép tủy) (Persons và Tisdale, 2004).
Những nghiên cứu khởi đầu với vector trung gian là virus sao chép ngược mang liên kết LCR-gen chuỗi β-globin được thực hiện trên virus MoLV ở chuột, sử dụng qui trình trên động vật thí nghiệm, cho thấy bằng chứng có giá trị của nguyên lý trên. Tuy nhiên nó cũng cho thấy rằng rất khó khăn để cố định LCR-gen chuỗi β-globin vào vector MoLV retrovirus và sản xuất chúng. Thêm vào đó, đoạn gen mang liên kết LCR-gen chuỗi β-globin này dù có thể kết hợp với một vector retrovirus nhưng vẫn không sản xuất hiệu quả đủ một lượng protein ở mức cố định để có thể điều trị (Antoniou và Grosveld, 1999). Tuy vậy một sự đột phá vào năm 2000, khi phòng xét nghiệm của giáo sư Michel Sadelain báo cáo thử nghiệm gen liệu pháp chứa liên kết LCR-gen chuỗi β-globin trên một nhóm retrovirus là vector HIV lentivirus (LV) (Hình 1; May và cs., 2000). Giáo sư Sadelain lần đầu tiên cho thấy vector LV có thể gắn kết hiệu quả và rộng hơn giữa gen chuỗi β-globin với ba yếu tố LCR mạnh nhất (HS2, HS3, HS4), và việc ứng dụng của vector này vào tiến trình ghép tủy xương ngoài cơ thể hoàn toàn có thể chữa được hoặc cứu sống được chuột bệnh (May và cs., 2000; Rivella và cs., 2003).
Từ đó, một số nhóm nghiên cứu từ Mỹ và Châu Âu đã tạo nên phiên bản vector LV mang liên kết LCR-gen chuỗi β-globin của họ (Persons và Tisdale, 2004; von Kalle C và cs., 2004; Sadelain và cs., 2006). Phiên bản nhỏ nhất của vector LV mang liên kết LCR-gen chuỗi β-globin chỉ bao gồm LCR,HS2, HS3 trong cấu trúc đã làm cho việc sản xuất ra các vector này trở nên dễ dàng (Miccio và cs., 2006).
Hình 1: Minh họa cho thấy cách thức tạo ra một vector lentivirus chứa gen chuỗi a b-globin từ virus HIV bình thường (type hoang dại)
A.Cấu trúc và tổ chức gen của virus HIV type hoang dại.
B.Thay thế gen bình thường của virus HIV hoang dại với liên kết LCR- gen chuỗi β-globin tạo nên vector lentivirus
Chú ý: Sự kết hợp của các yếu tố LCR HS2/HS3/HS4 hoặc HS2/HS3 đã được sử dụng
Trong tất cả các trường hợp, nghiên cứu đã chứng tỏ hiệu quả cứu sống chuột bệnh thalassemia hay bệnh hồng cầu hình liềm. Thêm vào đó, một vài nhóm đã chứng minh rằng ở trong điều kiện phòng thí nghiệm sự chuyển đổi tế bào gốc tạo máu từ tủy xương bệnh nhân thalassemia thể nặng với lentivirus chứa gen chuỗi β-globin có thể điều chỉnh sự mất cân bằng chuỗi globin (Persons and Tisdale, 2004; Sadelain và cs., 2006; von Kalle C và cs., 2004; Roselli và cs., 2006).
Vấn đề còn lại là cần cải thiện hiệu quả và tính an toàn của lentivirus chứa gen chuỗi β-globin bao gồm: (i) khả năng tái lập chức năng của vector; hiện tại có sự thay đổi đáng kể trong sự biểu hiện của gen mang liên kết LCR-gen chuỗi β-globin (bao gồm không hoạt động hoàn toàn), phụ thuộc vào vị trí nơi vector LV gắn vào DNA tế bào gốc tạo máu (như nghiên cứu của May và cs., 2000; Miccio và cs., 2006; Han và cs., 2007); (ii) khả năng gây đột biến: sự kết hợp của vector LV chứa gen mang liên kết LCRgen chuỗi β-globin vào DNA tế bào gốc tạo máu có khả năng làm đứt gãy gen tế bào chủ, và trong tình huống tệ hại nhất, có thể gây ra tình trạng kiểu bạch cầu cấp (von Kalle C và cs., 2004) như đã được ghi nhận trên thử nghiệm lâm sàng khi sử dụng liệu pháp gen bằng vector retrovirus để điều trị bệnh suy giảm miễn dịch phối hợp nặng liên kết nhiễm sắc thể giới tính X (SCID-X1; xem Nienhuis và cs., 2006). Một vài nghiên cứu kết hợp yếu tố β-globin LCR cHS4 ở gà vào cấu trúc của vector LV để cố gắng “cách ly” phức hợp LCR-gen chuỗi β-globin đã làm cải thiện khả năng tái lập chức năng của vector (Persons và Tisdale, 2004; von Kalle C., 2004; Sadelain và cs., 2006). Ngoài ra, yếu tố cHS4 có thể có tác dụng bảo vệ gen của tế bào chủ trong tế bào gốc tạo máu khỏi sự tác động của gen chứa liên kết LCR-gen chuỗi β-globin và do đó đảm bảo tính an toàn mặc dù điều này chưa được chứng minh.
Những nghiên cứu này dẫn đến sự khởi đầu những thử nghiệm lâm sàng đầu tiên giai đoạn I/II của liệu pháp gen cho bệnh lý hemoglobin vào năm 2006. Cuộc thử nghiệm được dẫn đầu bởi giáo sư Philippe Leboulch ở Paris với mục tiêu để điều trị cho 5 bệnh nhân mắc bệnh hồng cầu hình cầu và 5 bệnh nhân mắc bệnh thalassemia trong độ tuổi từ 5-35 tuổi. Phác đồ như mong đợi bao gồm giai đoạn ngoài cơ thể, trong đó bệnh nhân được hóa trị liệu toàn bộ với Busulfex để phá hủy tủy xương bệnh
(Bank và cs., 2005). Mãi tới cuối năm 2006 mới có 2 bệnh nhân thalassemia mới được điều trị. Còn quá sớm để có thể biết rằng các phương pháp này có hiệu nghiệm hay không.
Các thử nghiệm vẫn còn nhiều tranh cãi do liên quan tới biện pháp hóa trị đầy nguy cơ cao trong qui trình điều trị mà khả năng thành công vẫn còn quá xa. Do vậy hiện tại chỉ có phương pháp ghép tủy giữa anh em ruột là có hiệu quả.
Chúng ta háo hức chờ đợi kết quả của những nghiên cứu này cũng như khởi đầu những nghiên cứu thử nghiệm trong tương lai với mô hình vector LV có hiệu quả cao và an toàn hơn.
