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Diapositiva 1 - Biotecnologie Mediche, Veterinarie e Farmaceutiche

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• Cellule primarie<br />

Cellule staminali<br />

• Self-renewal: si rinnovano per divisione cellulare<br />

• Unlimeted potency: si differenziano in qualunque tipo cellulare<br />

specializzato<br />

Cellule staminali embrionali<br />

Cellule staminali adulte<br />

Blastocisti<br />

Cordone ombelicale, midollo osseo


Totipotenti: morula<br />

Possono formare i tessuti<br />

Embrionali e extraembrionali<br />

Multipotenti: blastocisti<br />

Possono formare i tessuti<br />

embrionali<br />

Multipotenti:adulte<br />

Producono cellule di una famiglia<br />

Correlata. Ex: ematopoietiche<br />

Unipotenti: adulte<br />

producono un solo<br />

tipo cellulare<br />

Cellule staminali


Le cellule staminali embrionali (ES) di<br />

topo presentano il vantaggio di poter<br />

essere mantenute in coltura e la<br />

totipotenza preservata grazie alla<br />

presenza, nel mezzo di coltura, del fattore<br />

LIF (Leukemia Inhibitor Factor). In queste<br />

condizioni le cellule ES possono essere<br />

manipolate geneticamente e, grazie alla<br />

ricombinazione omologa, un frammento di<br />

DNA esogeno può essere integrato in un<br />

preciso sito del genoma (Jasin et al.,<br />

1996).


Transgenesi<br />

Organismo<br />

transgenico<br />

intervento sperimentale volontario di inserimento di un<br />

gene esogeno nel genoma di una specie animale o<br />

vegetale. Knock in<br />

Il gene può appartenere alla stessa<br />

specie o può derivare da specie differenti.<br />

quando il gene esterno è:<br />

• integrato nel suo genoma;<br />

• espresso correttamente (in genere si usa un gene<br />

che codifica una data proteina)<br />

e selettivamente in uno o più tessuti dell'animale;<br />

• integrato nella linea germinale e per conseguenza<br />

trasmissibile dall’animale fondatore alla progenie.


Jaenisch 1974: topi mutanti, frammenti di DNA di SV40 iniettati nella cavità<br />

celomatica di blastocisti murina mantenuti nel topo adulto.<br />

Gordon e Ruddle 1980: topi transgenici. Questi ricercatori sono stati i primi a<br />

mettere a punto la tecnica di microiniezione del DNA ricombinante all'interno<br />

dello zigote (ovulo fertilizzato ) e a dimostrare la trasmissione del transgene<br />

alla progenie da parte degli animali ottenuti con questa tecnica.<br />

Palmiter e Brinster nel 1982: ceppo di topi transgenici ottenuti microiniettando<br />

il gene dell’ormone della crescita umano. Questo esperimento ha prodotto un<br />

ceppo di topi molto più grandi dei loro omologhi non transgenici, dimostrando<br />

che era possibile modificare non solo il genotipo ma anche il fenotipo degli animali<br />

mutati.


Metodi per ottenere un animale transgenico<br />

• Microiniezione del DNA nell’ovocita fertilizzato<br />

• Microiniezione di cellule staminali nell’ovocita fertilizzato<br />

• Nuclear Transfer di cellule staminali trasformate in vitro<br />

• Mediata da retrovirus<br />

• Mediata da spermatozoi


Microiniezione del DNA<br />

nell’ovocita fertilizzato<br />

•Prelievo dopo 15-20h dalla fecondazione<br />

degli zigoti dalla femmina e microiniezione<br />

del DNA nel pro-nucleo maschile<br />

• Impianto dopo 24h di coltura in una<br />

pseudo-madre<br />

• Analisi sui nati a 3 settimane su DNA<br />

estratto dalla coda<br />

• Efficienza del 10%<br />

Ricombinazione casuale,<br />

raramente omologa<br />

Pronucleo<br />

femminile<br />

Pipetta di<br />

fissaggio<br />

Femmina che ha<br />

subito l’impianto<br />

Fondatore<br />

transgenico<br />

Pronucleo<br />

maschile<br />

Ovulo<br />

fertilizzato<br />

Transgene<br />

Pipetta di<br />

iniezione


Microiniezione di cellule<br />

staminali nell’ovocita fecondato<br />

Cellule staminali da blastocisiti<br />

transfettate con il transgene associato<br />

a resistenza antibiotica<br />

Dopo selezione trasferite in blastocisti<br />

riceventi<br />

Impianto in madri pseudogravide<br />

Progenie mosaico (chimere)<br />

Selezione del fondatore transgenico<br />

Ricombinazione omologa<br />

Blastocisti<br />

donatrice<br />

coltura<br />

Massa<br />

cellulare<br />

interna<br />

Transfezione<br />

Arricchimento in<br />

cellule transfettate<br />

Microiniezione<br />

nella blastocisti<br />

Impianto<br />

Cellule ES<br />

Transgene<br />

Blastocisti<br />

ricevente<br />

Fondatore<br />

transgenico


Selezione delle cellule staminali transgeniche<br />

Ricombinazione omologa<br />

HB1 Neo r TG HB2 TK<br />

HB1 TG HB2<br />

cromosoma<br />

ricombinazione omologa<br />

transgene<br />

HB1 Neo TG HB2<br />

cromosoma<br />

Le cellule sono selezionate in positivo con il G418 e non avendo il gene per la<br />

TK sono resistenti al Gancyclovir<br />

r<br />

Neo r :Resistenza al G418<br />

TK<br />

:sensibilità al<br />

gancyclovir


Selezione delle cellule staminali transgeniche<br />

HB1 Neo r TG HB2 TK<br />

transgene<br />

HB1 TG HB2 X cromosoma<br />

Neo r<br />

Ricombinazione eterologa<br />

ricombinazione eterologa<br />

HB1 TG HB2<br />

X TK<br />

cromosoma<br />

Le cellule sono selezionate in positivo con il G418, ma negativamente per la<br />

presenza della timidina chinasi<br />

Neo r :Resistenza al G418<br />

TK<br />

:sensibilità al<br />

gancyclovir


X, gene normale<br />

X*, transgene<br />

Topo marrone<br />

Colore marrone A/A<br />

ES ricombinanti<br />

Topo nero<br />

Colore nero a/a<br />

Impianto delle ES<br />

Progenie chimerica:<br />

Possibili gameti:<br />

A/X A/X* a/X<br />

Incrocio di un topo chimerico con un<br />

topo nero, a/a, X/X<br />

Si originano topi neri e topi marroni<br />

Analisi dei topi marroni per individuare<br />

gli eterozigoti<br />

Incrocio tra eterozigoti per ottenere<br />

omozigoti<br />

A/A, X/X* x A/A, X/X*


Clonazione<br />

Nuclear transfer di cellule<br />

trasformate in vitro<br />

Cellule staminale trasfettate e selezionte<br />

Nuclei delle cellule microiniettati in un ovocita<br />

Anucleato<br />

Embrione impiantato nella pseudo-madre<br />

Nati tutti transgenici<br />

Efficienza bassa 1/centinaia<br />

nucleo<br />

Impianto<br />

Trasfezione<br />

Ovulo<br />

enucleazione<br />

ICM<br />

Neo introne esone<br />

Selezione<br />

cellule<br />

Nuclei purificati<br />

Fusione attivazione<br />

Coltura embrione in vitro<br />

Topo transgenico


Transgenesi mediata da retrovirus<br />

• Embrioni prelevati a 4-8 cellule<br />

• Infezione con un retrovirus reso non patogeno<br />

con alcune parti sostituite con il gene di interesse<br />

• Impianto nella pseudo-madre<br />

• Alto numero di nati a mosaico<br />

• Possibili danni associati al retrovirus


Transgenesi mediata<br />

da spermatozoi<br />

Interazione spontanea<br />

DNA/spermatozoo<br />

Fecondazione<br />

Selezione della prole sulla<br />

analisi del DNA prelevato<br />

da coda o orecchio


Knock out<br />

Studiare la funzione di un gene e della sua proteina<br />

Riprodurre in un modello animale uno stato di malattia<br />

Eliminazione di un gene o delezione di 1 o + esoni<br />

Eliminazione di una proteina o di un dominio<br />

funzionale<br />

Gene targenting Topo Knock out<br />

Ricombinazione omologa<br />

Produzione di una proteina mutata<br />

Espressione della proteina abolita


Topo<br />

Vettore contenente il transgene e i marker<br />

Cellule staminali<br />

Ricombinazione omologa:<br />

Targeting genico<br />

Il DNA da inserire contiene parecchie kbasi omologhe al genoma di topo<br />

In lievito la ricombinazione omologa avviene nel corretto locus con<br />

frequenza molto alta<br />

Nei mammiferi la ricombinazione omologa nel corretto locus avviene con<br />

frequenza molto bassa. Southern blot e PCR per lo screening dei cloni.


Knock-out convenzionale<br />

Ricombinazione omologa nelle<br />

cellule staminali embrionali.<br />

(topo marrone)<br />

Selezione con G418 e gancyclovir<br />

Iniezione delle cellule transgeniche<br />

in una blastocisiti e impianto in una<br />

madre pseudogravida. (topo nero)<br />

Progenie chimerica<br />

Incrocio di eterozigoti per ottenere<br />

omozigote


Knock-out e ricerca di base<br />

Knock-out con fenotipo normale: ipotesi che altre proteine compensino<br />

la perdita della proteina abolita<br />

Knock-out con fenotipo inducibile da stress:la funzione genica è associata<br />

alla comparsa di stress ambientali o a eventi patologici. Ex: knock-out per<br />

il recettore dell’interferone I da fenotipo normale, ma mostra aumentata<br />

suscettibilità alle infezioni virali rispetto ai controlli.<br />

Knock-out con fenotipo letale: geni necessari per lo sviluppo embrionale che<br />

non consentono di ottenere topi adulti


Knock-out condizionale<br />

Transgenesi in cui il knock­out di un gene può essere controllato<br />

temporalmente e spazialmente<br />

Transgenesi binaria: transgene effettore e transgene target.<br />

Il transgene effettore non influisce sull’espressione dei geni endogeni in quanto<br />

agisce solo sul transgene target<br />

Fase 1 Costruzione di knock­in per il transgene target (espresso correttamente<br />

sino all’excisione)<br />

Fase 2 Costruzione di knock­in per il transgene effettore<br />

Fase 3 Incrocio tra i due knock­in per ottenere il knock­out condizionale


2 tipi di transgenesi binaria<br />

1, effettore:fattore di trascrizione<br />

Il costrutto del transgene effettore è costituito da un promotore tessuto­specifico<br />

(TSP) che regola la produzione di una proteina chimerica costituita dal repressore<br />

della Tetraciclina di E. coli (tetR) e dal dominio di transattivazione di VP16 (herpes<br />

simplex). Questa proteina tTA ha due domini uno lega la tetraciclina, l’altro una<br />

sequenza di 19bp nell’operone per la tetraciclina nel transgene attivandolo.


Tet-off: Il transattivatore regolato dalla tetraciclina (tTA) non<br />

può legare il DNA quando è presente l’induttore<br />

Tet-on: nel sistema inverso (rtTA) tTA lega il DNA solo<br />

quando è presente l’induttore.<br />

L’induttore utilizzato è la doxiciclina (Dox), analogo della<br />

tetraciclina,<br />

attiva rtTA e inattiva tTA in maniera efficiente a dosi al di sotto<br />

dei livelli citotossici.<br />

Poiché la Dox può attraversare la placenta nel<br />

topo transgenico e<br />

regolare efficientemente l’espressione genica<br />

durante l’embriogenesi, questi sistemi vengono<br />

impiegati per evitare l’espressione di un<br />

transgene letale nell’embrione.<br />

Effettore inducibile<br />

hCMV1E1: TSP, attivo in numerosi tessuti<br />

EFFETTO REVERSIBILE


2, effettore: ricombinasi<br />

Ricombinasi Cre e Flp: enzimi che fanno parte della famiglia delle integrasi ricombinasi sitospecifiche.<br />

La ricombinasi Cre è presente in natura nel batteriofago P1 ed ha un ruolo nel ciclo lisogenico, in<br />

quanto serve per l’integrazione del genoma fagico in quello batterico.<br />

La ricombinasi Flp deriva dal lievito Saccharomyces cerevisiae.<br />

Le due ricombinasi sono in grado di riconoscere specifiche sequenze di DNA chiamate<br />

rispettivamente sito loxP e sito FRT. Filamenti di DNA fiancheggiati da una coppia di tale siti<br />

vengono definiti “floxed” o “fliped”. I siti loxP e FRT sono costituiti da due distinte sequenze<br />

palindromiche di 13 nucleotidi ciascuna interrotte da una sequenza asimmetrica di 8 nucleotidi<br />

detta “spacer” che conferisce direzionalità al sito.


In base alla direzione ed alla posizione dei siti loxP oppure FRT su un filamento di DNA la ricombinasi Cre<br />

oppure Flp è in grado di catalizzare reazioni irreversibili di tre diversi tipi:<br />

Inversione:i siti loxP/FRT si trovano<br />

sullo stesso filamento di DNA ed<br />

hanno direzioni opposte.<br />

Traslocazione: i siti loxP/FRT si<br />

trovano su due filamenti diversi di<br />

DNA.<br />

Excisione: i siti loxP/FRT si trovano<br />

sullo stesso filamento ed hanno la<br />

stessa direzione.<br />

EFFETTO IRREVERSIBILE


Analisi di lineage cellulare<br />

La cre o la FLP sono regolate da un promotore tessuto specifico<br />

Il gene reporter è preceduto da uno STOP fiancheggiato da 2 siti lox o FRT<br />

• se il TSP non è attivato non si<br />

ha espressione del reporter<br />

• se il TSP è espresso si ha<br />

excisione dello STOP e espressione<br />

del reporter<br />

• l’irreversibilità della ricombinasi<br />

fa sì che il transgene si esprima<br />

nelle cellule figlie dove il TSP<br />

non è più attivo


Reporter: GFP, LacZ<br />

TSP: promotore tessuto­<br />

Specifico<br />

UP: promotore ubiquitario<br />

Target<br />

Target<br />

Target


Verifiche per la corretta espressione dei transgeni<br />

• Effetti di posizione nella linea che esprime la ricombinasi Cre/FLP<br />

Inserzione di più copie del transgene floxato/flippato nel genoma: possibili instabilità<br />

cromosomiche, aneuploidia.<br />

• Importante: disponibilità di elementi regolatori della trascrizione che siano in<br />

grado di attivare l’espressione della ricombinasi cre in tutta una gamma di tessuti<br />

e a stadi diversi dello sviluppo. Attivazione temporale e spaziale dell’espressione<br />

della ricombinasi Cre<br />

Utilizzo di vettori, cromosomi artificiali:<br />

Derivazione da lievito: YAC si propagano in lievito contengono alcune Mbasi<br />

Derivazione da fago P1: PAC si propagano in E. coli contengono sino a 300Kbasi<br />

Derivazione da batteri: BAC si propagano in E. coli contengono sino a 300kbasi


Molti geni sono essenziali per la vita,<br />

lo sviluppo, la fertilità del topo.<br />

Il knock-out tradizionale di tali geni<br />

non consente la creazione di un topo<br />

knock-out<br />

Knock-out condizionale<br />

Tecnologia Cre/lox


Pharming<br />

Utilizzo di animali per la produzione di farmaci e sostanze utili all’uomo<br />

Nonostamte sia difficile e costoso i benefici possono essere<br />

potenzialmente elevati<br />

Biotech company: soldi e aumento vendite<br />

Persone ordinarie: riduzione del costo dei farmaci<br />

Sostituisce produzione di farmaci in E. coli, lievito, cellule animali:<br />

Monitoraggio e campionamento continuo<br />

Espansione e strumentazione nuova<br />

Modificazione di proteine permesse solo da cellule di mammifero<br />

Animali come bioreattori


Transgenesi utilizzata nella produzione di animali bioreattori<br />

Espressione sperimentale di geni umani in mammiferi:<br />

OVINI<br />

CAPRINI<br />

BOVINI<br />

SUINI<br />

CONIGLI<br />

LATTE (caratteristiche migliori per estrazione)<br />

SANGUE<br />

TESSUTI<br />

Previsto uso di somatotropina bovina per aumentare la produzione nei Paesi estra­UE.<br />

In Europa i trattamenti ormonali sugli animali sono proibiti.<br />

Ex: anti-emorragico antitrombinaIII nella capra (latte)<br />

(08-06-2006 1° farmaco transgenico in commercio)<br />

alfa-1 antitripsina per terapia respiratoria nella pecora (latte)<br />

proteina C-reattiva nei suini<br />

Prove cliniche in corso


EX: espressione di un fattore di coagulazione nel latte vaccino<br />

Il gene per il fattore è fuso a un<br />

promotore per una proteina del latte<br />

Assicura che li transgene sia espresso<br />

solo nel latte<br />

Molte copie di DNA sono microiniettate<br />

nel pronucleo maschile di un uovo fecondato<br />

Impianto in una pseudo­madre<br />

La microiniezione nel pronucleo ha efficenza<br />

molto bassa<br />

(1­5 transgenici su 100 nati)<br />

Microiniezione nel pronucleo


Trasfezione di cellule adulte con il<br />

transgene e un gene per selezione<br />

antibiotica<br />

Selezione delle cellule resistenti<br />

Il nucleo di tali cellule è trasferito in<br />

uovo in cui è stato rimosso il proprio<br />

nucleo<br />

Impianto<br />

Poiché tutti gli ovuli contengono il<br />

DNA transgenico, il 100% degli animali<br />

è transgenico<br />

Nuclear transfer<br />

clonazione<br />

Ri-differenziamento delle cellule adulte


Aspetti negativi della clonazione<br />

Integrazione del transgene nel genoma è:<br />

• rara<br />

• casuale:può inserirsi in regioni che possono essere<br />

deleterie per il gene stesso o per il gene in cui si<br />

inserisce<br />

• molti animali nascono con difetti:<br />

sotto- sovra-peso, organi interni sottosviluppati o<br />

deformati<br />

• nessuna garanzia che i nati transgenici siano sani,<br />

esprimano il transgene in grande quantità e nel<br />

tessuto giusto


Percentuali di successi di clonazioni in diversi animali<br />

Specie<br />

s<br />

Utilizzate cellule adulte<br />

Number of<br />

oocytes used<br />

Number of<br />

live offspring<br />

Notes<br />

Mouse 2468 31 (1.3%) -<br />

Bovine 440 6 (1.4%) 2 died<br />

Sheep 417 14 (3.4%) 11 died<br />

within 6<br />

months<br />

Pig 977 5 (0.5%) -<br />

Goat 285 3 (1.1%) -<br />

Yanagimachi, R. 2002. "Cloning: experience from the mouse and other animals." Molecular and Cellular Endocrinology. 21 March,<br />

187.


Mammal Cloning Timeline<br />

1984 – A live lamb was cloned from sheep<br />

embryo cells<br />

1986 – Early embryo cells were used to clone<br />

a cow<br />

1993 – Calves were produced by transfer of<br />

nuclei from cultured embryonic cells<br />

1995 – Two sheep, named Megan & Morag,<br />

were cloned using embryo cells<br />

1996 – Birth of Dolly, the first organism to be<br />

cloned from a fully differentiated adult cell<br />

1997 – Transgenic sheep named Polly was<br />

cloned containing a human gene<br />

Megan and Morag<br />

Dolly<br />

http://www.cnn.com/2001/<br />

WORLD/europe/08/06/clo<br />

From: student presentation Aman Arya, Nancy Chen, Dan Perz, Dave Reichert, Ronnie ne.critics/index.html<br />

Wong


Tetra<br />

1998 – 50 mice were cloned in three<br />

generations from a single mouse<br />

1998 – 8 calves were cloned from a single<br />

adult cow, but only 4 survived to their first<br />

birthday<br />

1999 – A female rhesus monkey named Tetra<br />

was cloned by splitting early embryo cells.<br />

2000 – Pigs and goats reported cloned from<br />

adult cells<br />

2002 – Rabbits and a kitten reported cloned<br />

from adult cells<br />

http://hs.houstonisd.org/h<br />

spva/academic/Science/<br />

Thinkquest/gail/text/bene<br />

fits.html


Dolly with her surrogate mother<br />

Dolly with her first<br />

newborn, Bonnie<br />

Dolly<br />

• Born in July 1996 at the Roslin<br />

Institute in Scotland<br />

• First mammal to be cloned<br />

from an adult mammal using the<br />

nuclear transfer technique<br />

• 277 attempts were made<br />

before the experiment was<br />

successful<br />

•Dolly died in February 14, 2003<br />

of progressive lung disease at<br />

the age of 6; whereas normal<br />

sheep can live up to 12 years of<br />

age.


Mammal Cloning allows propagation of<br />

endangered species<br />

http://www.howstuf<br />

fworks.com/cloning<br />

.htm/printable<br />

January 8, 2001 Noah, a baby bull gaur, became the first<br />

clone of an endangered animal.


Xenotrapianti<br />

Utilizzo di animali transgenici come donatori di organi per trapianti umani<br />

Tentativi con scarso successo con cuore, fegato e reni dei primati<br />

Possibile utilizzo degli organi dei suini:<br />

• dimensioni organi simili a quelli dell’uomo<br />

• creazione di transgeni che aboliscano il rigetto iperacuto e tardivo (knock­out dei<br />

geni per molecole di superficie cellulari riconosciute come estranee)<br />

• creazione di transgeni che eliminino il rigetto T­mediato<br />

Rischio:<br />

Nel maiale sono presenti i retrovirus (PERV, porcine endogenous retrovirus) e i<br />

retrotrasposoni.<br />

Elementi genetici mobili, che costituiscono quasi il 50% del genoma dei mammiferi<br />

Possono staccarsi da un distretto e introdursi in altre zone del genoma con azione<br />

mutagena.<br />

Tali elemanti si sono introdotti durante l’evoluzione e sono in equilibrio che evita<br />

Danni genetici. In caso di xenotrapianto si potrebbe perdere questo equilibrio<br />

Dimostrato il passaggio di retrovirus endogeni di maiale in cellule umane coltivate


Terapia genica<br />

La terapia genica è quell'intervento tendente a modificare localmente<br />

la condizione del fenotipo, alterato da una mutazione, attraverso la<br />

sostituzione funzionale del gene alterato col corrispondente gene<br />

sano.<br />

Interessa solo la linea somatica


Terapia genica<br />

SCID: severe combined immunodeficiency, causata da mutazioni nella<br />

proteina γ dei recettori per alcune IL necessarie per lo sviluppo dei<br />

linfociti B e T. Gli affetti da SCID sono privi di un sistema immunitario<br />

funzionante.<br />

Il gene γIL è sul cromosoma X, quindi in maschi con la mutazione sono<br />

affetti, le femmine eterozigoti per la mutazione sono sane ma portatrici<br />

Affetto da SCID<br />

Vissuto in “bolla di plastica” in condizioni sterili.<br />

Nel 1980 gli viene trapiantato il midollo osseo,<br />

donatrice la sorella.<br />

Dopo mesi insorgono complicanze, febbre, vomito e<br />

diarrea. È costretto a uscire dalla bolla.<br />

Nel 1984 muore in seguito a molteplici tumori insorti<br />

a causa della presenza di Epstein Bar virus non<br />

segnalato nel midollo della sorella<br />

Il ragazzo della bolla<br />

di plastica. David Phillip Vetter<br />

September 21, 1971 – February 22, 1984


1990: primo caso di cura di SCID con terpaia genica su di una<br />

bambina di 4 anni.<br />

Le cellule del sangue messe in coltura e transfettate con il gene<br />

corretto e reinfuse nella paziente<br />

Da allora pochi i tentativi con successo dal punto di vista clinico.<br />

Le numerose ricerche sono ancora volte alla messa a punto di sistemi<br />

efficienti e sicuri di terapia


In vivo: Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere<br />

messe in cultura o prelevate o reinfuse come quelle del cervello o del cuore<br />

e della maggior parte degli organi interni. In questo caso il gene d’interesse<br />

viene inserito, tramite un opportuno vettore, nell’organismo direttamente per<br />

via locale o sistemica.<br />

Ex vivo:<br />

In generale, il protocollo adottato nella terapia genica consiste nel prelevare le<br />

cellule di interesse dal paziente, a metterle in coltura e a transfettarle o infettarle<br />

con un virus ingegnerizzato con il costrutto contenente il gene normale;<br />

Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di<br />

selezionare ed amplificare le cellule d’interesse ed inoltre<br />

gode d’una maggior efficienza. E’ attualmente la modalità più utilizzata ma è<br />

riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in<br />

cultura e reinserirle nell'organismo


Non virali:<br />

Metodologie del trasferimento del DNA<br />

• Microiniezione in singole cellule del DNA nudo<br />

• Liposomi, vescicole sferiche cationiche legano il DNA che a pH neutro è negativo.<br />

0,1% del DNA introdotto è espresso<br />

• Polimeri cationici, azione simile a quella dei liposomi<br />

• Gene gun, inviano nella cellula particelle microscopiche d’oro o di tungsteno<br />

ricoperte da DNA (al momento non esistono studi sull’uomo, ma solo su animali)<br />

Virali:<br />

Retrovirus, lentivirus, Adenovirus, herpesvirus attenuati


Virali:<br />

Retrovirus: hanno la capacità di integrare il loro DNA all’interno dei cromosomi delle cellule bersaglio<br />

determinando l’inserimento stabile del gene nei cromosomi della cellule infettata e il suo trasferimento a tutte le<br />

cellule figlie; i retrovirus infettano solo cellule che stanno proliferando;<br />

Lentivirus, come l'HIV: che permettono di trasferire materiale genetico anche in cellule che non proliferano,<br />

come le cellule "mature" (es. neuroni, cellule del fegato ) o in cellule particolarmente refrattarie ai retrovirus (es.<br />

cellule staminali prelevate del midollo osseo);<br />

Virus adenoassociati che integrano il loro DNA nei cromosomi della cellula ospite come i retrovirus, ma<br />

hanno rispetto a questi il vantaggio di essere per natura innocui; difficilmente trasportano geni di grandi<br />

dimensioni.<br />

Adenovirus:che non si integrano nei cromosomi della cellula ospite, ma possono trasportare geni di grosse<br />

dimensioni; tuttavia la loro espressione non dura nel tempo.<br />

Virus dell’herpes simplex infettano soltanto alcuni tipi di cellule, in particolare i neuroni e sono quindi<br />

indicati per la terapia di patologie neurologiche.


La sicurezza della procedura<br />

Selettività del bersaglio<br />

I limiti della terapia genica<br />

Questo è un problema particolarmente evidente per i vettori virali. Alcuni<br />

di questi derivano infatti da virus pericolosi, come l’HIV. E’ quindi<br />

necessario che prima dell’utilizzo questi vettori siano privati della virulenza<br />

originaria del virus e mantengano invece inalterata la capacità di infettare<br />

le cellule bersaglio.<br />

Efficienza di trasferimento<br />

Negli studi sulla terapia genica, la maggior parte degli sforzi si concentra<br />

oggi sulla ricerca di vettori in grado di trasferire il DNA in modo efficiente<br />

e di inserirlo stabilmente nelle cellule.<br />

In questi ultimi anni sono stati messi a punto una varietà di vettori, alcuni<br />

dei quali in grado di fare esprimere il gene estraneo in uno specifico tipo<br />

cellulare (come i globuli bianchi, le cellule del muscolo, delle vie respiratorie<br />

ecc…).


Durata dell’espressione del gene trasferito<br />

La terapia genica risulta praticamente inutile se l’espressione del gene "estraneo" non viene mantenuta per un<br />

tempo sufficiente. Le ricerche mirano a sviluppare sistemi che permettono un espressione duratura, in modo da<br />

sottoporre il paziente ad un unico trattamento, o al limite a trattamenti ripetuti a distanza di qualche anno.<br />

La reazione immunitaria<br />

Come ogni altra sostanza estranea, il prodotto del gene nuovo, il gene stesso e soprattutto il vettore possono<br />

scatenare una risposta immunitaria da parte dell’organismo ospite. Questa può portare all’eliminazione delle cellule<br />

modificate geneticamente, o all’inattivazione della proteina prodotta dal nuovo gene, annullando quindi tutti gli<br />

effetti della terapia. Nello sviluppo delle nuove strategie di terapia genica si cerca di evitare per quanto possibile che<br />

il vettore o il gene estraneo producano una reazione immunitaria.


Nel 1989 è stata approvata la prima sperimentazione sull’uomo di un protocollo di terapia genica.<br />

Da allora, di più di mille protocolli sono stati approvati in tutto il mondo; di questi alcuni si sono conclusi, altri sono in<br />

corso.<br />

Più del 90% delle sperimentazioni sono in fasi molto precoci del protocollo (fase I o II) (vedi figura1). Queste fasi iniziali<br />

permettono di valutare l’eventuale tossicità del trattamento, l’efficacia del trasferimento genico e l’espressione a<br />

breve/medio termine del materiale genetico introdotto.<br />

E’ nelle fasi successive (dalla III) che si valuta invece in modo più approfondito la reale efficacia del trattamento in<br />

funzione della cura.<br />

Ad oggi, la FDA americana (Food and Drug Administration), l’ente governativo cui spetta l’approvazione di nuovi<br />

trattamenti terapeutici affinché possano essere introdotti nella pratica medica corrente, non ha autorizzato la<br />

commercializzazione di nessun prodotto di terapia genica.<br />

Dal 1998 al 2005


Dal 1998 al 2005

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