Gentechnologie in der Medizin - Diagnose & Therapie

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1 Gentechnologie in der Medizin - Diagnose & Therapie Die Gentechnologie umfasst alle Methoden zum Nachweis und Isolierung von Erbmaterial (DNA). Gentechnische Verfahren ermöglichen eine gezielte Veränderung, und Einbringung von neu kombinierter DNA in eine andere biologische Umgebung. Pränatale Diagnose von Erbkrankheiten (Mutationen) sowie Diagnose von Infektionskrankheiten durch den Nachweis der DNA von Erregern wie Viren (AIDS) und Bakterien (Tuberkulose). Herstellung menschlicher Proteine oder Medikamente von medizinischer Bedeutung (Insulin, Hepatitis B Impfstoff, Taxol). Somatische Gentherapie von mutierten Genen in Körperzellen / Geweben durch die Einbringung entsprechender gesunder Gene.

2 Mutationen Genetische Veränderungen, die mit einem Phänotyp assoziiert sind Punktmutationen (Nukleotid- Austausch, kleine Deletionen oder Einfügungen) Grobe Mutationen (Deletionen, Einfügungen, Umkehrungen) Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

3 Mutationsanalyse Verwendbar sind: Blutzellen, jede Zelle mit Zellkern (embryonale Zellen, Gewebezellen, Haarfollikel, Eizellen, Spermazellen) Einzelne Zellen können getestet werden Mutationen können lange vor Ausbruch der Krankheit gefunden werden Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

4 Identifikation von Mutationen durch Sequenzierung Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

5 Diagnose & Therapie von Genetischen Defekten Genetische Defekte oder Mutationen in einem Gen (monogen) sind oft Ursache für Erbkrankheiten (Cystische Fibrose, SCID, ADA, Chorea Huntington) - Diagnose relativ leicht und Gentherapie denkbar, aber schwierig. Genetische Defekte oder Mutationen in mehreren Genen (polygen) oft Ursachen für Krebs oder andere Krankheiten (Atherosklerose, Alzheimer, Schizophrenie, Diabetes) - Diagnose im Frühstadium nicht immer leicht aber möglich - Gentherapie derzeit kaum vorstellbar oder gar unmöglich.

6 Monogene Erbkrankheiten Cystische Fibrose 1 / Duchenne sche Muskeldystrophie 1 / Männer Gaucher Disease 1 / Juden Hämophilie A 1 / Alpha-1-Antitrypsin Defizienz 1 / Phenylketonurie 1 / Tay-Sachs Syndrome 1 / Juden ß-Thalassemie 1 / Sichelzellen-Anämie 1 / 500 Afrikaner Bekannt sind etwa Erbkrankheiten. Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

7 Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien Verfügbare Gentests Cystische Fibrose Hämochromatose Alpha-1-antitrypsin Alzheimer (APO E) Gaucher Vererbter Brustkrebs HNPCC Duchenne sche Muskeldystrophie Fragile X Syndrom Hämophilie A und B Chorea Huntington Adult polycystic kidney disease Prader Willi Syndrom Sichelzellen-Anämie Thalassemien Tay-Sachs sche Krankheit

8 Gendiagnostik der Zukunft - Genchips Gesund Gendefekt Diagnose von Erbkrankheiten & Krebs Diagnose von Infektionskrankheiten (Viren, Bakterien) Gleichzeitige Bestimmung der Genaktivität vieler Gene Notwendig ist ein Chip und DNA (z.b. isoliert aus Blutproben)

9 Cystische Fibrose (= Mukoviszidose) Schwere, angeborene Stoffwechselkrankheit Rezessiv vererbt Jede 3.000ste Person ist betroffen! Mehr als 600 Mutationen und Sequenzvariationen bisher identifiziert F508 Mutation verantwortlich für 70% der CF Allele bei Kaukasiern Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

10 Cystische Fibrose Vater Mutter krank Träger Trägerin gesund Vererbungsgang Keimzellbildung (Meiose) rezessive Vererbung Quelle: Institut f Med. Biologie & Humangenetik, Graz

11 Direkte DNA-Diagnose Diagnose für Cystische Fibrose Träger gesund Trägerin gesund Kind krank Quelle: Institut f Med. Biologie & Humangenetik, Graz

12 Polygene Krankheiten Resultieren auch aus genetischen Veränderungen Mehrere Mutationen, von denen jede nur einen geringen Effekt hat, tragen zur Erkrankung bei Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

13 Genetische Defekte - Krebs Genetische Defekte in Körperzellen (erworbene = somatische genetische Defekte) führen zu sporadischen Krebserkrankungen Genetische Defekte in Fortpflanzungszellen (angeborene = konstitutionelle genetische Defekte) passieren die Keimbahn und führen zu erblichen Krebserkrankungen 9 Quelle: Inst. f Medizinische Biologie, Wien

14 Genetische Ursachen für spontane Krebsentstehung Defekte beim programmierten Zelltod Mutationen, die Zellteilung und Zellvermehrung begünstigen Störung der Kommunikation von Zelle-zu- Zelle Mindestens 6 Mutationen müssen auftreten bevor sich Krebs entwickelt Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

15 Wichtige mit Krebs assoziierte Gene p53 RAS HER-2/neu RET MYC Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

16 Altersabhängiges Brustkrebsrisiko bei BRCA1 - Mutationsträgerinnen Alter (Jahre) Gesamtrisiko % % % % % Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

17 Screening der Bevölkerung Identifikation von Personen mit Frühstadium oder Disposition zu Krankheit Soziale Auswirkungen Diskriminierung Möglicher Verlust von Versicherungen Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

18 Genetik und Gefäßerkrankungen Traditionelle Risikofaktoren (Bluthochdruck, Rauchen, Diabetes, hohe Cholesterinwerte, Übergewicht) erklären nur zum Teil das individelle Erkrankungsrisiko. Genetische Risikofaktoren tragen wesentlich zur Entwicklung von Arteriosklerose und Gefäßerkrankungen bei. Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

19 Genetisches Screening Generelles Screening der Bevölkerung ist nicht sinnvoll! Verwandte ohne Symptome werden nur getestet, wenn bei einem erkrankten Familienmitglied eine familienspezifische Mutation identifiziert wurde. Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien

20 Strukturelle Chromosomenabnomalie (Chr. 5) Quelle: Inst. f Medizinische Biologie, Wien

21 Quelle: Inst. f Medizinische Biologie, Wien Trisomie 21

22 Philadelphia - Translokation Quelle: Inst. f Medizinische Biologie, Wien führt zu Leukämie

23 Island - Datenbanken Genom-Kartierung der isländischen Bevölkerung kleine Population Familienstammbäume medizinische Daten kontroversiell! Quelle: Internet

24 Gentherapie = Behandlung von Krankheiten auf genetischer Ebene, durch Einschleusen von neuen Genen oder Ausschalten körpereigener Gene Zu Gentherapie an Körperzellen (somatische Gentherapie) laufen diverse Studien. Nur wenige zeigen bisher Erfolge. Das Einschleusen von Genen in die Keimzellen (Keimbahntherapie) ist aus ethischen Gründen nicht erlaubt.

25 Gentransfer Einschleusen von Erbmaterial in Zellen: z.b. als kurze DNA-Stücke (Oligonukleotide), als Plasmide, in viraler Hülle; auch durch chemische oder physikalische Methoden Quelle: Handbuch der Molekularen Medizin, Springer Verlag

26 In vivo und ex vivo Gentherapie - 1 Bei Ansätzen der in vivo Gentherapie wird der Patient direkt mit der Korrektur-DNA in einem "Transportvehikel" behandelt, das die DNA nur mit den Zielzellen in Kontakt bringen soll. Bei Ansätzen der ex vivo Gentherapie werden dem Patienten Zellen entnommen, gentechnisch verändert und dann dem Patienten wieder zugeführt.

27 In vivo und ex vivo Gentherapie - 2 in vivo ex vivo Quelle: Handbuch der Molekularen Medizin, Springer Verlag

28 Somatische Gentherapie Die somatische Gentherapie ermöglicht neue Ansätze bei der Bekämpfung zahlreicher schwerer Erkrankungen wie Krebs und Herzinfarkt. Der Erfolg einer Gentherapie kann bislang nur schwer abgeschätzt werden, da sie meist in Kombination mit anderen Behandlungen oder aber an "austherapierten" Patienten durchgeführt wird. Ashanti DeSilva wurde als erste Patientin weltweit gentherapeutisch gegen ihre schwere Immunschwäche behandelt. Quelle: ISB Informations Sekretariat Biotechnologie, Dechema e.v.

29 Ex vivo Gentherapie bei ADA ADA = Adenosin-Desaminase-Mangel, angeborene Immunschwäche ADA-Gen fehlt in Lymphozyten T-Zellen isolieren Retrovirus ADA-Gen eingefügt Zellen mit retroviralem Vektor infizieren Blutprobe entnehmen T-Zellen wieder in Patient einbringen T-Zellen mit korrigiertem Gen Quelle: Basic Human Genetics, Inc. Verlag

30 In vivo Gentherapie bei CF CF = Cystische Fibrose, angeborene Stoffwechselkrankheit führt zu Verschleimung der Lunge Fehler im CFTR-Gen Transfer als Aerosol Inhalationsapparat Adenovirus- Vektor CFTR-Gen Cystische Fibrose Quelle: Internet (MPG)

31 Prinzip Klonen Klon des Spenders Sp-Zellkern Sp- Zellkern Spenderzelle (Sp) Sp- Cytoplasma E-Cytoplasma Sp- und E- Cytoplasma Eizelle (E) E- Zellkern Quelle: Basic Human Genetics, Inc. Verlag

32 Verbesserte Diagnose, individuelle Therapie Aus dem humanen Genomprojekt entwickeln sich neue Anwendungsfelder. Das Feld der "Functional Genomics" ermöglicht einen Vergleich zwischen gesunden und kranken Zellen auf molekularer Ebene. Eine stärkere Individualisierung bei der Auswahl unterschiedlicher Therapieformen erscheint möglich. Quelle: ISB Informations Sekretariat Biotechnologie, Dechema e.v.

33 Neue Therapeutika Dank der Gentechnik können neue Wirkstoffe entwickelt und bekannte verbessert werden. Humaninsulin war der erste gentechnisch hergestellte Wirkstoff (1982). Heute sind unterschiedliche Wirkstoffe aus gentechnischer Herstellung in vielen hundert Medikamenten auf dem Markt. Unter den 10 umsatzstärksten Wirkstoffen finden sich bereits drei aus gentechnischer Herstellung. Bis 2005 werden die Hälfte aller neuzugelassenen Wirkstoffe gentechnisch hergestellt werden. Quelle: ISB Informations Sekretariat Biotechnologie, Dechema e.v.

34 Quelle: Internet Embryonale Stammzellen

35 Stammzellen - Reifung Vermehrung in Zellultur Reifung in Zellkultur

36 Embryonale Stammzellen - Befruchtete Embryos Blastozyste 8-Zellstadium Reifung in Zellkultur Innere Zellmasse Embryonale Stammzellen (ES) PID - Prä-Implantationsdiagnostik aus 1 Zelle der 8-Zell Blastozyste (die neue Eugenik??)

37 Klonen von Menschen ein Risiko für die Menschheit?? NEIN - ABER das Klonen von Menschen ist SINN- und ZWECKLOS, wissenschaftlich wertlos, ethisch und moralisch nicht vertretbar, technisch nicht realisierbar, sowie gesetzlich verboten!!

38 Rote Biotechnologie Nutzen und Risiken Medizin & Pharma Meilensteine in der Medizin Genetische Daten Stammzellen & Embryoforschung Prä-Implantationsdiagnostik Diagnose OHNE Therapie Ethische Fragen Lebenserwartung steigt ABER: Datenschutz Zweiklassenmedizin Neue Eugenik? Falsche Hoffnungen Gen-Kommerz Sozialsystem bedroht! Moderne Medizin ist ohne Biotechnologie UNMÖGLICH!