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Gentechnik in der Medizin

1.651 / ~7 sternsternsternsternstern_0.25 Isabella M. . 2011
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Referat
Biowissenschaften

Gesamtschule Vohwinkel

2010, Höppner

Isabella M. ©

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sternsternsternsternstern_0.25
ID# 9335







 

Gentechnik in der Medizin

 

 

 

 

 

 

Als Beispiel Gerinnungsfaktor für Hämophiliekranke

 

Normalerweise stillt sich eine Blutung, wenn man sich zuvor geschnitten hat nach 5-10 Minuten, weil das Blut in der Wunde gerinnt, sich die Wunde verschließt und der Heilprozess anfängt. Doch bei Menschen, die an Hämophilie der sogenannten Bluterkrankheit leiden, ist dies nicht der Fall. Hier fehlen die körpereigenen Eiweiße, die Blutgerinnungsfaktoren. Weil dem komplexen Blutgerinnungssystem ein Blutgerinnungsfaktor vollständig oder teilweise fehlt und die Blutgerinnung nur in Einwirkungen von den Blutgerinnungsfaktoren ablaufen kann, wird das Blutgerinnungssystem bedeutend in seinem Ablauf gestört. Dadurch gerinnt das Blut erst nach circa zwanzig Minuten, was bei großes Wunden lebensgefährlich sein kann.  Dieses Erbmerkmal ist auf ein einzelnes defektes oder nicht vorhandenes Gen zurückzuführen. Es handelt sich in 80-85% aller Fälle meistens um den Blutgerinnungsfaktor VIII (Hämophilie A) und in 15-20% aller Fälle um den Blutgerinnungsfaktor IX (Hämophilie B). Dabei kann man beide Formen der Hämophilie in verschiedenen Schweregraden unterscheiden, welches auch davon abhängig ist, ob ein vollständiger oder teilweiser Mangel an dem Blutgerinnungsfaktor vorliegt. Die  Gerinnungsfaktoraktivität bei einem gesunden Menschen liegt bei

70-120%, sodass man bei 0-1% Aktivität zwischen einer schweren, bei

1-5% zwischen einer mittelschweren und bei 5-25% zwischen einer milden Form der Hämophilie unterscheidet. Die fehlenden Faktoren können entweder aus Blutkonserven gewonnen oder gentechnisch hergestellt werden.

 

Das aus den Blutkonserven gewonnene Gerinnungsmittel brachte aber oft gefährliche Viren mit sich, wodurch fast alle Hämophilie Patienten vor 1986 mit Gelbsucht-Viren infiziert wurden. In den 80er Jahren wurde dadurch jeder fünfte Patient in der Schweiz mit dem HIV-Virus infiziert, woraufhin viele von ihnen starben. Noch vor 40 Jahren gab es gar keine Möglichkeit diese Krankheit zu behandeln. So litten schon Patienten im Kindesalter unter starken und vor allem sehr schmerzhaften Blutungen typischerweise in Gelenken und Muskeln. Die Gelenkblutungen hatten eine Schädigung oder eine vollständige Zerstörung der Gelenke zur Folge, wodurch die Patienten meist zu Schwerstbehinderten wurden und meist früh an den Folgen von der Krankheit starben. Die Muskelblutungen führten meist zu Muskelschrumpfungen, wodurch Gelenkfehlstellungen und Druckschäden benachbarter Nerven hervorgingen konnten. Die Hämophilie ist bis heute nicht heilbar, dafür besteht aber die Möglichkeit die 4000-6000 in Deutschland erkrankten Patienten gentechnisch zu behandeln, wodurch es möglich ist, mit wenigen Einschränkungen wie ein gesunder Mensch zu leben und ein normales Berufs- und Alltagsleben zu führen.

 

Herstellung des Gerinnungsfaktors VIII mit gentechnischen Methoden

 

Als erstes muss das Gen von Faktor VII also die Erbinformation zum Faktor VIII aufgestöbert werden. Anschließend wird die DNA von Forschern aus Menschenzellen gewonnen. Die DAN (Desoxyribonukleinsäure) ist ein 2 Meter langes und spiralig gewundenes Riesenmolekül, das die gesamte Erbinformation eines Lebewesens enthält. Sie ist in 23 Chromosomen vorhanden. Diese 23 DAN-Fäden sind viel zu lang, um mit ihnen arbeiten zu können. Deshalb müssen sie in handlichere Stücke zerschnitten werden, wobei spezielle Eiweiße nämlich die Schneidenzyme helfen. Aus diesen zahlreichen DAN-Stücken müssen nun diejenigen herausgesucht werden, in denen auch das gesuchte Gen für den Faktor VIII vorhanden ist. Dabei helfen die sogenannten Gensonden, die bei dem Aufspüren des gesuchten Gens helfen. Um fortzufahren wird ein umgebautes Minichromosom benötigt, welches vorher aus Bakterien gewonnen wurde und aus einem ringförmigen Abschnitt (auch Plasmid genannt) DANN besteht.

Auf diesem Minichromosom befindet sich eine Markierung, die dort vorher radiaktiv oder chemisch versehen wurde und mit deren Hilfe man erkennen kann, ob in diesem Minichromosom das gesuchte Gen vorhanden oder nicht vorhanden ist. Das Minichromosom wird mit einem Schneideenzym aufgeschnitten und das gewünschte Gen eingefügt. Damit der Ring auch wieder verschlossen wird, wird ein Klebeenzym, ein Eiweiß verwendet. Diese Aufgabe übt das Klebeenzym auch in allen anderen Zellen aus. Nach diesem Vorgang ist das Minichromosom für die Transplantation in die Zellen fertig, die dann den fehlenden Faktor VIII produzieren sollen. Anschließend werden die transplantierten Minichromosome in Hamsterzellen eingeschleust *. Die Zellen, die den Faktor VIII in besonders zahlreicher Menge produzieren werden ausgewählt. Anschleißend werden die auserwählten Zellen werden vermehrt, zuerst in kleinen Gefäßen, dann ich großen Mengen. Dabei produzieren die Zellen ununterbrochen das gewünschte Eiweiß, den Faktor VIII. Doch da dieser sich noch in einem Gemisch von anderen Eiweißen und Kohlenhydraten befindet, muss er zuvor gereinigt werden. Nach mehreren Reinigungsschritten ist am Schluss ein sauberer Gerinnungsfaktor VIII vorhanden. Dieser wird dann zum Medikament aufbereitet und abgefüllt.

 

 

 

 

 

 

Somatische Gentherapie

 

Die Gentherapie wurde im Jahre 1990 aus dem Bereich der Versuchsstadien und Tierversuche zum Anwendungsbereich beim Menschen verschoben, welches in den USA geschah. Damals wurden zwei Kinder, die an der äußerst seltenen Erbkrankheit der Adenosin-Deaminase-Defizient (ADA-Mangel). Diese Krankheit betrifft das Immunsystem, wodurch jede Infektion für den Betroffenen fatale oder sogar tödliche Folgen haben kann. Ein Mangel des Enzyms hat den Zusammenbruch des Zellstoffwechsels mancher weißer Blutkörperchen, die eine große Rolle in dem Immunssystem spielen, zur Folge. Doch als die erste Gentherapie durchgeführt wurde, stellten sich viele zunächst einmal die Frage, was dies eigentlich überhaupt sei.

Ein Gen ist ein Abschnitt auf der DANN, unserer Erbinformation. Dieses Gen ist für ein Genprodukt zuständig* (codiert), das in der Regel ein Protein ist. Zum Beispiel ist wie oben erwähnt das Gen für den Blutgerinnungsfaktor VIII codiert für das Protein Faktor VIII. Weist dieses Gen jedoch einen Defekt auf, so wird kein oder ein fehlerhafter Faktor VIII gebildet, wodurch der Betroffene unter der Bluterkrankheit (Hämophilie) leidet. Nur der Ersatz des defekten Gens könnte in Form von einem einwandfreiem Gen die Ursache dieser Erbkrankheit beheben. Also ist die Gentherapie eine Korrektur auf der DANN- oder Gen-Ebene. Heutzutage versteht man darunter die Einschleusung von zusätzlicher DANN in Körperzellen mit dem Ziel einer therapeutischen Behandlung.

Es gibt zwei Arten der Gentherapie: Da ist zum einen die Keimbahntherapie, bei der die DANN in den Keimzellen (die Zellen, aus denen Eier und Spermien hervorgehen) durch eine Genübertragung verändert wird. Da die erfolgte Genkorrektur weitervererbt wird, ist diese Form der Gentherapie in Deutschland verboten. Die zweite Art der Gentherapie nennt man somatische Gentherapie, wo bestimmte Zeilzellen des Körpers durch einen Gentransfer auf der DANN-Ebene verändert werden. Als somatische Zellen werden alle Zellen des Körpers außer den Keimzellen bezeichnet. Daher ist bei der somatischen Gentherapie die genetische Veränderung nicht auf die Nachkommen des Betroffenen übertragbar. Die somatische Gentherapie kann somit mit einer Organ- oder Gewebetransplantantion verglichen werden.

Es gibt zwei Formen der Behandlungsform:

 

1. Die ex vivo Gentherapie (auch in vitro Gentherapie genannt)

2. Die in vivo  Gentherapie

 

 

 

 

 

Außerdem wird als spezielle Anwendung noch die Antisene Therapie angewandt.

 

Eines der Hauptprobleme in der Gentherapie stellt die Genübertragung dar. Man stellt sich die Frage, wie das korrekte Gen die korrekturbedürftigen Zellen in unserem Körper erreicht. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen diese am meisten angewandt werden:

 

1. Gentransfer durch Viren, die das Gen wie eine Fähre überträgt

2. Gentransfer durch Lipomosen, welches kleine Fettkügelchen sind, in denen das therapeutische Gen eingepackt ist und die dann von den Zellen aufgenommen werden/mit dem Zellmembran verschmelzen

 

Weitere Methoden:

Virale Vektoren: Viren dringen in Zellen ein und lassen ihr Genom (Erbgut) von zelleigenen Maschinen ablesen

Direkter Transfer durch Mikroprojektile (auch Schrotschuss genannt): Zelle wird mit Kügelchen aus Gold- oder Wolframpartikeln (Durchmesser 1 µm) beschossen , dessen Oberfläche man mithilfe von Calcium-Phosphat-Ausscheidung mit einer dünnen DANN-Schicht versehen hat.

Elektroporation: es werden kurze elektrische Impulse auf Zellen, die sich in DANN-haltigen Lösungen befinden verabreicht. Deshalb bilden sich von Poren in der Zellmembran, durch diese dann die DANN in die Zelle eindringen kann.

Zufügen der DANN als Ausfällung mit Calcium-Phosphat, wodurch die DANN-Aufnahme in Zellen begünstigt wird, da fast gar keine Zellen das fremde Gen in ihr eigenes Genom selbstständig einbauen können.

Mikroinjektion: Mithilfe einer feinen Glasnadel wird die DANN in den Kern verabreicht. Diese Methode ist sehr effizient, dafür auch sehr aufwendig.

 

Beim ex vivo Verfahren werden die Zielzellen zunächst einmal aus dem Organismus isoliert. Anschließend werden diese Zielzellen in Zellkultur mit dem gewünschten Gen transfiziert. Das heißt, die gewünschte DANN wird in die  Zelle eingebracht. In folge dessen werden die Zielzellen wieder in den Organismus reimplantiert. Die ex vivo Gentherapie wird nur bei Zellen angewendet, die aus dem Körper leicht isolierbar sind und in ausreichenden Mengen gezüchtet werden können.

 

 

Bei der in vivo Gentherapie werden dem betroffenen Patienten keine Zellen entnommen, sondern die gentechnische Veränderung findet im Organismus des Patienten statt. Als Vektoren (Krankheitsüberträger) wird hier besonders das Adenovirus (bei Cystischer Fibrose) oder der Transport des therapeutischen Gens durch Liposomen verwendet.

Bei dem Transport durch den Adenovirus wird zuerst das therapeutische Gen in den Virus eingefügt, dieses dann gentechnisch soweit abgeschwächt wird, dass es nicht mehr krankheitsübertragend ist, bevor es dem Patienten appliziert* wird. Die in vivo Gentherapie dient ebenso der Behandlung von Krebserkrankungen und anderen Erbkrankheiten wie z.B. cystischen Fibrose.

Bei der Methode des Gentransportes durch Liposomen wird das therapeutische Gen in winzige Fettkügelchen (Liposomen) verpackt.

Da die Zellen das Bedürfnis haben, diese Liposomen aufzunehmen, befindet sich dann das therapeutische Gen im Zellinneren. Liposome werden von einer Vielzahl verschiedener Zellen aufgenommen, deshalb muss dort noch die spezielle Art für die Zielzellen gelöst werden. Diese Methode wird besonders bei der cystischen Fibrose angewendet.

 

Bei der Antisense-Therapieform wird versucht, den Abruf der genetischen Fehlinformation, zum Beispiel eine Mutation in einem Gen, das in der mutierten Form dann Krebs erzeugt, zu verhindern. Daher wird bei dieser Methode ein anderer Schwerpunkt als bei der ex vivo und der in vivo Methode gesetzt, bei denen es darum ging ein gesundes für ein krankes Gen einzubringen. Der Informationsverarbeitungsstopp findet bei der Antisense-Methode durch umsetzen der genetischen Information im Protein statt. Ein bestimmtes nicht korrektes Zielprotein kann dann entweder überhaupt nicht mehr oder nur noch stark reduziert gebildet werden. Diese Methode ist auch besonders in der Krebstherapie vertreten. Wenn ein Tumor zu seinem Wachstum bestimmte Proteine als Wachstumsfaktor benötigt, könnte man gerade diese durch die Antisense-Methode in ihrer Produktion hemmen, und so den Tumor aushungern lassen. Die Antisense-Methode ist daher besonders sinnvoll, wenn nicht korrekte Proteine, also ein Überschuss von gewissen tumorfördernden Proteinen von ihrer Bildung abgehalten werden sollen.

 

Anwendungsgebiete für die somatische Gentherapie:

 

ADA-Defizienz

Akute myeloische Leukämie

AIDS

Arteriosklerose

Cystische Fibrose

Fabry-Syndrom

Gaucher-Krankheit

Hämophilie A und B

Hypercholesterinämie

Lungenemphysem durch AAT-Mangel

Osteoporose

Parkinson-Syndrom

Sichelzellanämie

Verschiedene Krebsarten

 

 

 

 

Literaturverzeichnis:

 

^in^der^Medizin

)

 

Buch: “Grundzüge der Gentechnik” verfasst von M. Regenass-Klotz (1998)


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