Prikken met genen; Gentherapie heeft nog nooit iemand genezen

Erfelijke ziekten, kanker, aids, reuma, allemaal zouden ze te genezen zijn via gentherapie. Maar een behandeling met 'genezende genen' heeft nog geen enkele patiënt beter gemaakt. Er zijn te hoge verwachtingen gewekt, zo blijkt uit een twee weken geleden verschenen adviesrapport van de Gezondheidsraad.

'EEN WONDER'', sprak George Brown Jr. ontdaan toen hij Ashanti DeSilva zag. Het meisje uit North Olmsted, Ohio lijdt aan een ernstige erfelijke ziekte, ADA-SCID. Door een fout in het zogenaamde ADA-gen functioneert een groot deel van haar afweersysteem niet naar behoren en is ze uitermate vatbaar voor infecties. In september 1990 onderging de dan vierjarige Ashanti als eerste ter wereld gentherapie. Artsen namen bloed van haar af, haalden daar witte bloedcellen uit, plaatsten er een correcte kopie van het ADA-gen in en injecteerden de gemodificeerde cellen weer in haar bloedbaan. Artsen hoopten via deze aanpak de oorzaak van de ziekte weg te nemen. In september 1995 verscheen ze voor de wetenschappelijke commissie van het Congres. Het ging goed met haar, vertelde ze. George Brown Jr., afgevaardigde van Californië, reageerde opgetogen. Afgemeten aan haar gezondheid leek gentherapie een succes.

Dus niet. De toestand van Ashanti DeSilva wekt een verkeerde indruk. De 250 gentherapie-onderzoeken die tot op heden zijn uitgevoerd, hebben nog niemand echt genezen. Niet van een erfelijke ziekte, niet van kanker en niet van aids, hart- en vaatziekten, de ziekte van Alzheimer of reuma. Dat geldt ook voor Ashanti en het handjevol andere kinderen dat voor dezelfde erfelijke aandoening is behandeld. Ze werden weliswaar gezond, maar dat was niet te danken aan de gentherapie. Zij kregen namelijk ook nog een andere vorm van behandeling: artsen injecteerden een medicijn in hun bloedbaan. Het medicijn is een synthetische vorm van het enzym adenosine deaminase (ADA) dat de kinderen door hun erfelijke ziekte niet kunnen maken. Het lijkt erop dat juist de toediening van het medicijn, en niet zozeer de gentherapie, het erfelijke gebrek van de kinderen opheft.

“We hebben te hoge verwachtingen gewekt. Ik denk dat de commercie daarbij een belangrijke rol heeft gespeeld. Met name de farmaceutische industrieën in Amerika hebben de laboratoria gepusht om gentherapie snel te testen op patiënten. En die bedrijven voelden op hun beurt weer de hete adem van de subsidiegevers in hun nek. Er was dus een enorme druk om tot resultaten te komen”, zegt prof.dr. A.J. van der Eb, hoogleraar moleculaire carcinogenese aan de Rijksuniversiteit Leiden.

Van der Eb werkt al bijna tien jaar aan gentherapie voor hemofilie A, een erfelijke ziekte waarbij de genetische informatie voor factor VIII ontbreekt. Die factor speelt een essentiële rol bij de bloedstolling. Zonder factor VIII blijft zelfs de kleinste wond lang doorbloeden. Het zijn met name de levercellen die normaal de bloedstollingsfactor maken. Van der Eb: “Via gentherapie zou je levercellen van een patiënt kunnen voorzien van een goed werkende kopie van het factor VIII-gen. Maar in de praktijk blijkt dat erg moeilijk. We stuiten bij ons onderzoek voortdurend op nieuwe problemen zodat we na al die jaren nog niet veel verder zijn gekomen.”

De National Institutes of Health (NIH) inventariseerden de stand van zaken in Amerika en kwamen in september 1995 met een kritisch eindrapport over gentherapie. Het basismechanisme van de ziekten was onvoldoende bekend, experimenten bij proefdieren waren niet altijd even veelzeggend, de klinische proeven waren slordig opgezet en een duidelijk bewijs van therapeutisch effect bij patiënten was er niet. Bovendien maakte de NIH zich zorgen over de invloed van het bedrijfsleven. De commerciële belangen dreigden het onderzoek naar de kliniek te drijven, nog voordat allerlei basale problemen in het laboratorium goed waren uitgezocht.

WERKTAFELS

De Commissie Gentherapie van de Nederlandse Gezondheidsraad kwam tot een soortgelijke conclusie in haar adviesrapport dat ze twee weken geleden aan de minister van Volksgezondheid toestuurde. De Commissie drong in haar rapport aan op meer fundamenteel onderzoek naar de basisprincipes van genoverdracht, de moleculaire achtergronden van ziekten en de ontwikkeling van adequate diermodellen om het effect van gentherapie te testen. “We zullen terug moeten naar onze werktafels. Ondanks alle kritiek blijf ik in gentherapie geloven. En met mij vele anderen”, aldus Van der Eb.

Bij gentherapie zijn grofweg twee dingen nodig: cellen die van extra erfelijke informatie moeten worden voorzien, en een zogenaamde vector die het gewenste DNA vervoert naar de gewenste cel en het daar vervolgens tussen het erfelijk materiaal zet.

De meest gebruikte vectoren tot op heden zijn virussen. Van der Eb: “Dat zijn ware meesters in het binnendringen van cellen en het overbrengen van hun erfelijk materiaal. Ze hebben er miljoenen jaren over gedaan om dat kunstje te perfectioneren.”

De meest onderzochte virale vectoren zijn de retrovirussen, waartoe onder andere het aidsvirus behoort. Het meest bestudeerde retrovirus is het muizenleukemievirus (MLV). Bij de mens veroorzaakt het, voor zover bekend, geen ziektes. Prof.dr. D. Valerio, directeur van het in Leiden gevestigde bedrijf Introgene en hoogleraar Gentherapie aan de Rijksuniversiteit Leiden, gebruikte dit virus bij zijn experimenten met het ADA-gen. “Wij hebben in 1993 hetzelfde gedaan als de Amerikanen die Ashanti DeSilva behandelden. Alleen, zij gebruikten witte bloedcellen. Wij probeerden het ADA-gen in stamcellen te krijgen. Dat zijn de voorlopercellen van het bloedsysteem, ze kunnen uitrijpen tot elke mogelijke rode of witte bloedcel. Dus als je een goede techniek hebt om stamcellen te modificeren, dan bestrijk je alle ziekten die geassocieerd zijn met het niet functioneren van welke rijpe bloedcel dan ook.”

RECEPTOR

De Leidenaren plaatsten een kopie van het ADA-gen in een MLV. Het virus werd vermeerderd en samen met stamcellen van muizen in een reageerbuis gestopt. Ruim dertig procent van de muizencellen raakte geïnfecteerd. De methode werkte. Vervolgens werden gemodificeerde virussen bij stamcellen van primaten gevoegd. Dit keer was het resultaat teleurstellend.Het percentage geïnfecteerde cellen kwam niet uit boven de één procent. Valerio: “Een virus kan niet zo maar iedere cel binnendringen. Hij moet een receptor herkennen op het oppervlak van de gastheercel. Pas als hij aan een receptor bindt kan hij daarna een cel infecteren. MLV herkent de stamcellen van de muis makkelijk, maar de stamcellen van primaten droegen de vereiste receptor in een veel lagere frequentie. Vandaar dat er zo weinig werden geïnfecteerd. Maar het ingebrachte DNA bleef wel lang aantoonbaar. Meer dan vijf jaar. Dat was voor ons een reden om het toch bij patiënten te proberen.”

Valerio kampte met nog een ander probleem. Retrovirussen werken alleen in delende cellen. In een rustende cel kunnen ze de chromosomen niet bereiken omdat die worden omgeven door een kernmembraan. Het virus komt niet door die barrière. Hij bereikt de chromosomen pas als een cel zich gaat delen. Als de verdubbelde chromosomen zich gaan verdelen over de twee dochtercellen lost de kernmembraan namelijk op. “En in de reageerbuis kunnen we de stamcellen amper tot deling aanzetten. We kennen de gunstige kweekomstandigheden nog niet”, aldus Valerio.

De therapie werd getest bij drie patiëntjes die aan ADA-SCID leden. Twee kinderen uit Frankrijk, een uit Engeland. Een vliegtuig vloog hun stamcellen over naar Leiden; in het laboratorium werden cellen en MLV bij elkaar gevoegd; een vliegtuig vloog terug en de kinderen herkregen hun stamcellen. Valerio: “We vonden wel genetisch gemodificeerde stamcellen terug, maar in zeer lage aantallen. Te laag om een verbetering van de ziekte te verwachten.”

Net als Ashanti DeSilva werden deze drie patiëntjes al behandeld met het enzym ADA. En dat vertroebelde volgens Valerio het effect van de gentherapie. De kinderen waren al gezond. “Maar ja, is het ethisch verantwoord om een redelijk gezond kind enzymtherapie te onthouden vanwege een andere therapie waarvan je het effect niet kent?” In Amerika denken ze van wel. Michael Blaese van de NIH en Donald Kohn van het Los Angeles Children's Hospital begonnen in januari 1995 een experiment bij drie ADA-patiëntjes die een enzymbehandeling krijgen. De gentherapeuten proberen de dosis synthetisch ADA stapje voor stapje tot bijna nul terug te schroeven. Het experiment stuit op veel verzet.

Introgene heeft het ADA-project inmiddels stopgezet. Het bedrijf richt zich nu onder meer op de ziekte van Gaucher, een erfelijke aandoening die leidt tot spontane botbreuken, opzwelling van de milt en bijziendheid.

Retrovirussen hebben nog een andere nadeel. Ze plaatsen hun erfelijk materiaal at random tussen het DNA van hun gastheer. Daardoor zouden ze andere, belangrijke genen kunnen inactiveren. Afhankelijk van het gen dat ze verstoren,bestaat er zelfs een kans dat ze kanker veroorzaken. “Door al die nadelen zijn de retrovirussen een beetje uit de mode geraakt”, zegt dr. Bob Scholte verbonden aan de afdeling Celbiologie van de Erasmusuniversiteit Rotterdam. “Andere virussen zijn de aandacht gaan trekken, zoals het adenovirus.”

IMMOBIEL SLIJM

Het adenovirus kan bij de mens verkoudheid en longontsteking veroorzaken. Het virus houdt zich graag op in het luchtwegkanaal. Vandaar dat het al snel in beeld kwam bij de behandeling van taaislijmziekte (cystische fibrose, CF), de meest voorkomende monogene erfelijke ziekte binnen het Kaukasische ras. Een van de opvallendste complicaties bij CF is dat door het taaie, immobiele slijm dat de epitheelcellen in de luchtwegen uitscheiden, bacteriën niet adequaat worden afgevoerd en zorgen voor ernstige infecties.

Taaislijmziekte is terug te voeren op een fout in het CF-gen. Gentherapeuten bedachten een strategie om de erfelijke ziekte te behandelen. Het vergde een andere aanpak dan de behandeling van ADA-SCID. Hierbij werden cellen uit het lichaam van de patiënt gehaald en in een reageerbuis van een extra gen voorzien (ex vivo-behandeling). Maar in dat geval ging het om bloedcellen, en dat zijn cellen die door het lichaam circuleren en zich via een prik makkelijk laten afnemen. Slijmproducerende cellen die de wanden van de luchtwegen bedekken, zijn gebonden aan hun plaats. De onderzoekers bedachten een manier om de vector in het lichaam van de patiënt te brengen, zo dicht mogelijk bij het doelwit (in vivo behandeling): via een neusspray spuiten ze het adenovirus in de luchtwegen.

Maar eerst moest er wat aan het adenovirus gesleuteld worden. Het mocht namelijk geen verkoudheid of longontsteking veroorzaken. De aandacht richtte zich op het E1A-gen. Het is de 'hoofdschakelaar' die het aflezen van alle andere virale genen opstart. Zonder E1A zou er geen viraal DNA afgelezen worden en zouden zich dus geen eiwitten vormen waaruit nieuwe virussen ontstaan.

De proeven begonnen met een adenovirus waarvan het E1A-gen was vervangen door een genetische 'cassette'. Die bevatte het CF-gen en een promotor die het aflezen van het CF-gen in gang zet zodra het adenovirus een celkern binnendringt. Ook hier vielen de resultaten tegen. Zonder E1A verschenen toch geringe hoeveelheiden virale eiwitten. De geïnfecteerde luchtwegcellen stelden die eiwitten op hun oppervlak ten toon. Dat lokte een afweerreactie uit. In de Verenigde Staten moest een proef worden afgebroken omdat een behandelde vrouw koorts en longontsteking kreeg. Scholte: “Bovendien zetten adenovirussen hun erfelijk materiaal niet in de chromosomen van de gastheer. Het is dus niet stabiel aanwezig. We zien het DNA na verloop van tijd weer verdwijnen. Hoe dat kan, weten we niet.”

Onderzoekers in Londen hebben enkele jaren geleden een geheel andere weg gekozen voor de behandeling van CF-patiënten. Ze gebruiken geen virussen als vector, maar liposomen. Het gewenste DNA, in dit geval het CF-gen, wordt in deze vetbolletjes gebracht. De liposomen worden via een neusspray in de luchtwegen gespoten. Volgens de theorie versmelt een liposoom met de celmembraan (ook opgebouwd uit vetachtige verbindingen) van een luchtweg-epitheelcel en komt het DNA in de cel terecht. Maar daarna moet het nog de kernmembraan passeren en zichzelf tussen het erfelijk materiaal zetten. Dat gebeurt maar zelden. De huidige liposomen zijn wat dat betreft zo'n 10.000 keer minder effectief dan virussen. “Ondanks deze nadelen zijn er mensen die klinische trials willen beginnen, bijvoorbeeld in Londen. Maar daarvoor is het volgens mij nog veel te vroeg”, aldus Scholte die in het verleden met de Londense CF-onderzoekers samenwerkte. “Daarbij weten we nog zo weinig van taaislijmziekte. Het is niet duidelijk hoe het ziekteproces verloopt, bij hoeveel cellen je het CF-gen moet inbrengen wil de therapie effect hebben en wanneer je de therapie het beste kunt uitvoeren. En bij een gezond persoon wordt het CF-gen soms wel en soms niet geactiveerd. We hebben nog geen techniek om ingebrachte genen naar behoeven aan en uit te zetten. Door te vroeg te beginnen met gentherapie bestaat het gevaar dat je door tegenvallende resultaten een terugslag krijgt. Wellicht dat je daardoor subsidies voor verder onderzoek misloopt.”

Door de vele nadelen die aan de huidige vectoren kleven, zijn onderzoekers druk op zoek naar alternatieven. Sommigen doen proeven met nieuwe virussen, zoals herpesvirussen en virussen die verwant zijn aan hiv. Anderen proberen de goede eigenschappen van adeno- en retrovirus te combineren.

Ook van de liposomen is een tweede generatie in aanmaak. Gentherapeuten proberen het oppervlak van de vetbolletjes te voorzien van virusachtige eiwitten. Deze moeten het liposoom naar het gewenste doelwit voeren. Scholte en zijn collega's werken aan zogenaamde fusie-eiwitten. Dat zijn eiwitten die DNA door de kernmembraan kunnen manoeuvreren en in de celkern brengen. Scholte: “Zowel de virale als de niet-virale systemen hebben hun voordelen. De uiteindelijke vector zal waarschijnlijk het beste van beide combineren.”

Het doelwit van gentherapie is in de afgelopen jaren sterk veranderd. Richtte de therapie zich in eerste instantie op het behandelen van erfelijke ziektes, nu is het gros van de onderzoeken gericht op kanker. Volgens het twee weken geleden verschenen adviesrapport Gentherapie van de Gezondheidsraad heeft meer dan 70 procent betrekking op kanker, een kleine 10 procent betreft aids. De rest zijn erfelijke aandoeningen, hart- en vaatziekten, neurologische aandoeningen en reuma. Van der Eb: “Het kost tegenwoordig honderden miljoenen guldens om een geneesmiddel te ontwikkelen. Een bedrijf kan dat geld alleen terugverdienen door te mikken op veelvoorkomende ziekten. Erfelijke ziekten zijn vaak te zeldzaam, hoe cru het ook klinkt.”

Retrovirussen

Voordeel integreren hun erfelijk materiaal in de chromosomen van de gastheercel zodat ingebracht dna stabiel aanwezig is. Nadeel integreren hun erfelijk materiaal at random in chromosomen van gastheercel waardoor ze functionele genen kunnen verstoren. De meeste retrovirussen kunnen alleen delende cellen infecteren.

Adenovirussen

Voordeel kunnen grote stukken dna overbrengen. Nadeel veroorzaken in hun huidige vorm nog afweerreacties. Ze brengen hun erfelijk materiaal wel in celkern van de gastheer, maar integreren het niet in de chromosomen waardoor het ingebrachte dna maar tijdelijk functioneert.

Liposomen

Voordeel hebben geen virale genen, dus veroorzaken geen ziekten. Nadeel veel lagere efficiëntie dan virussen. Kunnen het dna (nog) niet in de celkern brengen.

GENTHERAPIE IN NEDERLAND

In Nederland zijn 15 gentherapie-onderzoeken bij mensen gepland, dan wel in uitvoering. Daarvan richten er zich 14 op de behandeling van kanker, met name borstkanker, melanoom (een slecht behandelbare vorm van huidkanker) en glioblastoom (een vorm van hersenkanker). Het merendeel van de onderzoeken concentreert zich in de academische ziekenhuizen van Groningen, Leiden en Rotterdam.

Het grootste experiment is de behandeling van glioblastoom, waarvoor bijna 300 patiënten behandeld zullen worden. Het plan luidt als volgt: neurochirurgen spuiten het medicijn gancyclovir in de tumor. De nabijgelegen cellen nemen de stof op, maar er gebeurt verder niks mee. Vervolgens worden de vectoren in het tumorgebied gespoten. Als vectoren zijn retrovirussen gebruikt met in hun erfelijk materiaal een gen van het herpesvirus (het TK-gen). Het retrovirus infecteert delende cellen, en dat zullen alleen tumorcellen zijn want normale hersencellen delen zich amper. Het TK-gen bevat de informatie voor het enzym thymidinekinase dat het medicijn gancyclovir in een toxisch, voor de cel dodelijk product omzet. Tumorcellen met het TK-gen zullen dus sterven, normale hersencellen niet. Er zijn nog geen resultaten bekend.

Kiembaangentherapie

Het effect van gentherapie is beperkt tot één persoon, degene die de therapie ondergaat. Bij kiembaangentherapie strekken de gevolgen zich uit over vele generaties. Het gaat hierbij namelijk om een verandering in het erfelijk materiaal van een zaadcel, een eicel of een pre-embryo (embryo dat uit maximaal zestien cellen bestaat). Zo'n ingreep raakt niet alleen de persoon die uit zo'n erfelijk veranderde kiembaancel ontstaat, maar ook diens kinderen, en de kinderen van die kinderen enzovoorts. Kiembaangentherapie is 'genezen tot in de eeuwigheid'.

Bij dieren, zoals muizen, koeien en varkens, wordt kiembaangentherapie al toegepast. Bij mensen stuit het nog op veel verzet, zowel om technische als om ethische redenen. Technisch gezien is het succespercentage van de ingreep erg laag: bij runderen in de orde van 5 tot 10 procent. Bovendien gaat het inbrengen van DNA nog at random en kunnen er dus andere genen verstoord worden.

Kiembaangentherapie roept veel ethisch vragen op: mag je over het lot van toekomstige generaties beslissen, slaan we met kiembaantherapie een weg in die leidt naar een 'supermens'? In haar rapport 'Erfelijkheid: wetenschap en maatschappij' (1989) gaf de Gezondheidsraad het advies aan de minister van Volksgezondheid om zich uit te spreken tegen kiembaanmanipulatie bij mensen. Er rust inmiddels een moratorium op deze vorm van therapie.

Op Europees niveau verscheen medio vorig jaar de ontwerptekst van het verdrag 'Mensenrechten en biogeneeskunde'. Artikel 13 daarvan behandelt 'interventies in het menselijk genoom'. Zo'n interventie is slechts toegestaan als het niet tot doel heeft om “een modificatie in het genoom van een nakomeling te introduceren”. In december heeft de Raad van Ministers van de EU het verdrag goedgekeurd. Tijdens een bijeenkomst in het Spaanse Oviedo op 4 april ondertekenden 21 EU-landen het verdrag. Met die handtekening geven de landen slechts een intentie-verklaring af. Om kiembaangentherapie werkelijk te verbieden zal ieder lidstaat nationale wetgeving op moeten stellen.