DNA สารพันธุกรรม บทที่ 4 จีโนม (Genome) ของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ

1.  จีโนม คืออะไร ?
ประเด็นคำถาม
1. จีโนม หมายถึงอะไร
2. เราเอาความรู้เรื่อง จีโนม มาประยุกต์ใช้ในงานด้านอะไรได้บ้าง
3. โคลนนิ่ง หมายถึงอะไร
4. เราสามารถตรวจลายพิมพ์ DNA ได้จากตัวอย่างอะไรได้บ้างนอกจากเลือด  และจีเอ็มโอมีประโยชน์ หรือโทษ อย่างไรบ้าง
5. ยีนบำบัด หมายถึงอะไร และเป็นสิ่งที่เป็นไปได้หรือไม่การนำยีนไปประยุกต์ใช้ได้มาจากความรู้เกี่ยวกับหน้าที่ของยีน ตำแหน่งของยีน ความผิดปกติของยีน และการสามารถซ่อมแซมยีนได้โดยระบบธรรมชาติต่างๆ สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พยายามแก้ไขคือ พยายามเปลี่ยนแปลงบางส่วนของโครโมโซม บางส่วนของยีน และจุดบกพร่องของยีนนั้น ๆ หรือโปรตีนที่มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับยีน นอกจากนี้ ยังมีการนำ DNA ที่แยกออกมาได้มาทำการเรียงลำดับของเบส และไปตัดต่อเพื่อให้ได้ชิ้นส่วนขนาดต่างๆซึ่งจะทำให้สามารถหาเอกลักษณ์ของสิ่งที่มีชีวิตนั้น ๆ และหาความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะของยีน ตำแหน่งของยีน หรือความบกพร่องซึ่งเกิดจากการแสดงออกของยีนในโครโมโซมต่าง ๆ

จากความรู้เรื่องสารพันธุกรรม โครโมโซม ยีน และการแสดงออกของยีน ที่ผ่านมาทำให้ทราบว่าสารพันธุกรรมประกอบกันขึ้นเป็น โครโมโซม และบนโครโมโซมมียีนกระจายตัวอยู่ทั่วไป ซึ่งยีนแต่ละชนิดมีการลอกแบบ การแสดงออกในขั้นตอนลอกรหัส และแปลรหัสเพื่อให้ได้โปรตีนที่แตกต่างกันไว้ใช้ในกิจกรรมต่างๆของเซลล์ สารพันธุกรรมทั้งหมดที่มีอยู่ในเซลล์เรียกว่า จีโนม (Genome)

จีโนมของสิ่งมีชีวิตมีขนาดแตกต่างกันโดยไม่ขึ้นกับขนาดและรูปร่างของสิ่งมีชีวิต เช่น จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยโครโมโซม 23 คู่ หรือ 46 แท่ง แบ่งเป็น 2 ชุด คือได้มาจากพ่อและแม่อย่างละชุด ใน 1 ชุดจีโนมของคนมีปริมาณ DNA ประมาณ 3 พันล้านคู่เบสหรือ 3 จิกะเบส (Gb) อยู่ในนิวเคลียส และอีกเล็กน้อยในไมโตคอนเดรียในพืชพวกหอมหัวใหญ่มีจีโนมขนาด 15 จิกะเบสอยู่ในนิวเคลียส และอีกเล็กน้อยในไมโตคอนเดรียรวมทั้งคลอโรพลาสต์ ในแบคทีเรีย E. coli จีโนมมีขนาดเล็ก 4 ล้านคู่เบส (4 เมกะเบส) อยู่ในไซโตพลาซึม และไวรัสเช่นฝาจแลมบ์ดามีจีโนมขนาด 50 กิโลเบสอยู่ในอนุภาค เป็นต้น (ภาพที่ 4-1)

ภาพที่ 4-1 จีโนมขนาดต่างๆ ซึ่งบรรจุอยู่ภายในเซลล์ ออแกเนลล์ และอนุภาคของสิ่งมีชีวิต 
ถ้าหากโครโมโซมของแบคทีเรียเส้นหนึ่งมีขนาดยาว 1000 ไมโครเมตร (µm) และสามารถลอกแบบตัวเองได้ภายใน 5 นาที จะต้องคลายเกลียวด้วยอัตราเร็วกี่รอบต่อนาที (ความยาว 1 รอบของ DNA แบบ B คือ 34 อังสตรอม หรือ 3.4 นาโนเมตร)
ชนิดเดียวกันเพื่อให้เกิดการแสดงออกของยีนนั้นในสิ่งมีชีวิตที่ถูกถ่ายยีนเข้าไป จัดเป็นกระบวนการทางพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) อย่างหนึ่งซึ่งต้องอาศัยเทคนิคการเชื่อมดีเอนเอเข้าด้วยกันเรียก เทคโนโลยีการตัดต่อดีเอนเอ (recombinant DNA technology) ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป ความรู้เรื่องจีโนมยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้เพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมได้ด้วยการโคลนนิ่ง (cloning) ทั้งภายในเซลล์และนอกเซลล์โดยใช้เทคนิค พีซีอาร์ (PCR ; Polymerase Chain Reaction) และตรวจสอบสารพันธุกรรมที่ต้องการได้ด้วยวิธีไฮบริไดเซชัน (hybridization) ซึ่งทำให้เกิดการพัฒนามาสู่วิธีตรวจหาลายพิมพ์ดีเอนเอ (DNA fingerprint) หลากหลายรูปแบบซึ่งจะทำให้ระบุจีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดได้ นอกจากนี้ยังมีการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงสารพันธุกรรมหรือ จีเอ็มโอ (GMO ; Genetically Modified Organism) โดยการตัดต่อและถ่ายยีนเพื่อให้ได้ผลผลิตตามต้องการ รวมทั้งการทำในมนุษย์ด้วยโดยเป็นลักษณะของการรักษาโรคทางพันธุกรรมด้วยยีนบำบัด (gene therapy)
การนำความรู้เรื่องจีโนมมาประยุกต์ใช้ในงานด้านต่างๆ ดังที่กล่าวมาข้างต้นจะอธิบายในรายละเอียดดังต่อไปนี้
2.  การตัดต่อ DNA (DNA Recombinant)
ดีเอนเอตัดต่อใหม่เกิดจากเทคนิคการเชื่อมต่อ DNA จากคนละแหล่งเข้าด้วยกันเพื่อถ่ายเข้าสู่เซลล์ที่ต้องการ (เรียกเซลล์เจ้าบ้านหรือ host cell)ในกระบวนการโคลนนิ่ง แล้วทำให้เกิดการแสดงออกของ DNA ที่ถ่ายเข้าไปโดย DNA ที่ใช้เชื่อมต่อนี้จะมี 2 ส่วนคือ DNA เป้าหมายที่ต้องการให้เกิดการแสดงออก และ DNA พาหะ (vector DNA) ซึ่งมีหลายชนิดเช่น พลาสมิดของแบคทีเรีย DNA หรือ RNA ของไวรัส รวมทั้งโครโมโซมของยูคาริโอต DNA พาหะจะทำหน้าที่พา DNA เป้าหมายเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้าน และช่วยให้เกิดการลอกแบบ คัดลอก และแปลรหัส
ในการเชื่อม DNA 2 ส่วนเข้าด้วยกันจะอาศัยเอนไซม์ 2 ชนิดคือ เอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction endonuclease) ซึ่งทำหน้าที่ตัดพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ของดีเอนเอที่ตำแหน่งจำเพาะของเอนไซม์แต่ละชนิด (ภาพที่ 4-2) และเอนไซม์ไลเกสซึ่งทำหน้าที่เชื่อมให้เกิดพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ของ DNA เป้าหมายกับ DNA พาหะ (ภาพที่ 4-3)

ภาพที่ 4-2 การทำงานของเอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction endonuclease)

ภาพที่ 4-3 การเชื่อม DNA เป้าหมายเข้ากับเวคเตอร์ 

ทำไมเทคนิคการเชื่อมต่อ DNA จึงต้องใส่ DNA เป้าหมายเข้าไปในเวคเตอร์

3. การโคลนยีน (Gene Cloning)

การโคลนเป็นการถ่าย DNA เป้าหมายเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้าน (มีหลายวิธีเช่น ใช้สารเคมี ความร้อน หรือกระแสไฟฟ้า กระตุ้นให้ผิวเซลล์เจ้าบ้านมีคุณสมบัติยอมให้ DNA เป้าหมายผ่านเข้าได้ หรือใช้เข็มฉีดเข้าไปโดยตรง) แล้วทำการเพิ่มปริมาณ การถ่าย DNA เข้าไปในเซลล์เจ้าบ้าน (ภาพที่ 4-4 และ 4-5) ถ้าเป็น DNA ทั้งนิวเคลียสก็ไม่ต้องตัดต่อเข้ากับเวคเตอร์ สามารถฉีดนิวเคลียสเข้าไปในเซลล์ได้โดยตรง การเพิ่มปริมาณ DNA เป้าหมายหรือยีนในเซลล์ผู้รับหลังจากที่ตัดต่อและถ่ายเข้าไปแล้ว ถ้าเป็นในเซลล์แบคทีเรียสามารถทำได้โดยเลี้ยงในอาหารเพาะเลี้ยงเชื้อเพื่อให้ได้หลายโคโลนี หากทำในเซลล์พืชหรือสัตว์ก็สามารถเลี้ยงในอาหารเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อได้ นอกจากนั้นยังสามารถทำให้เกิดการพัฒนาเป็นต้นอ่อนหรือตัวอ่อน (embryo) และโตเต็มวัยได้ด้วย

ภาพที่ 4-4การโคลนยีนในแบคทีเรียโดยใช้พลาสมิดเป็นเวคเตอร์

ภาพที่ 4.5 การโคลนยีนในพืชโดยใช้พลาสมิดเป็นเวคเตอร์

เราสามารถโคลนนิ่งสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้วให้กลับมามีชีวิตอีกครั้งได้หรือไม่ เพราะเหตุใด

4.  เทคนิก พีซีอาร์ (Polymerase Chain Reaction หรือ PCR)

พีซีอาร์เป็นการเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมภายนอกเซลล์ด้วยเครื่องมือ (ภาพที่ 4-6) โดยเลียนแบบกระบวนการจำลอง DNA ภายในเซลล์ การเพิ่มปริมาณ DNA ในกระบวนการพีซีอาร์แบ่งเป็น 3 ขั้นตอน    คือ ขั้นแรก คือ denature เป็นการใช้ความร้อนสูงแยกสาย DNA ที่เป็น 2 สายออกจากกัน ขั้นที่สองคือ annealing เป็นการลดอุณหภูมิลงเพื่อให้ไพรเมอร์เข้าเกาะกับ DNA สายเดี่ยวเพื่อทำการสังเคราะห์ DNA สายใหม่ในขั้นต่อไป และในขั้นสุดท้ายคือ extension เป็นการใช้เอนไซม์ดีเอนเอโพลีเมอเรสที่ทนต่อความร้อนได้ดี นำนิวคลีโอไทด์เข้าเติมที่ DNA สายเดี่ยวเพื่อสังเคราะห์สาย DNA เพิ่มเติม ในแต่ละรอบของการทำพีซีอาร์จะได้ DNA เพิ่มขึ้นมา 2 เท่า ดังนั้นเมื่อทำพีซีอาร์ไปหลายสิบรอบจึงได ้ DNA เพิ่มขึ้นมาเป็นจำนวนมากหลายล้านโมเลกุล

รอบที่ 2

ภาพที่ 4-6 การทำเทคนิคพีซีอาร์เพื่อเพิ่มปริมาณ DNA ภายนอกเซลล์

การเพิ่มปริมาณ DNA โดยวิธี PCR ต่างจากโคลนนิ่งอย่างไร

5.  เจลอิเลคโตรโฟรีซิส (Gel Electrophoresis)

เจลอิเลคโตรโฟรีซิสเป็นการแยกขนาดสารพันธุกรรมหรือโปรตีนออกจากกันโดยใช้กระแสไฟฟ้าเป็นตัวทำให้โมเลกุลขนาดและรูปร่างต่างๆ เคลื่อนที่ไปในชิ้นวุ้นด้วยระยะทางที่แตกต่างกัน โมเลกุลขนาดใหญ่หรือรูปร่างเทอะทะจะเคลื่อนที่ได้ช้ากว่าโมเลกุลขนาดเล็กหรือโมเลกุลที่รูปร่างเพรียวกว่า เช่น DNA ที่มีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากัน DNA ที่เป็นซูเปอร์คอยล์จะเคลื่อนที่เร็วกว่า DNA ที่เป็นเส้นตรง และ DNA ที่เป็นเส้นตรงก็ยังเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า DNA ที่เป็นวงแหวนปกติ (relaxed circular DNA)
การทำเจลอิเลคโตรโฟรีซิสเพื่อแยก DNA (ภาพที่ 4-7) ทำโดยเตรียมชิ้นวุ้นที่มีชนิดและขนาดของรูพรุนตามความเหมาะสม จากนั้นใส่ DNA ลงไปด้านบนของชิ้นวุ้น แช่ในสารละลาย แล้วเปิดกระแสไฟฟ้าโดยให้สารละลายเป็นสื่อพาให้โมเลกุลของ DNA เคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วที่ต่างกัน เมื่อปิดกระแสไฟฟ้าก็จะได้โมเลกุล DNA อยู่ที่ตำแหน่งต่างกันในชิ้นวุ้น จากนั้นนำชิ้นวุ้นไปแช่ในสารละลายเอธิเดียมโบรไมด์ซึ่งจะจับกับ DNA แล้วนำไปส่องด้วยแสงอัลตราไวโอเลต จะเห็นแถบ DNA ขนาดต่างๆ เพราะเอธิเดียมโบรไมด์ที่จับกับ DNA จะเรืองแสงได้ชัดเจนขึ้น เมื่อเทียบกับโมเลกุล DNA ที่ทราบขนาด (DNA marker) ว่าอยู่ในตำแหน่งใดเมื่อทำอิเลคโตรโฟรีซิส จะสามารถระบุได้ว่า DNA แต่ละชิ้นมีขนาดเท่าใด

ภาพที่ 4-7 การทำเจลอิเลคโตรโฟรีซิสแยกขนาด DNA

อะไรคือปัจจัยสำคัญที่ทำให้แยก DNA ออกจากกันได้ด้วยวิธีเจลอิเลคโตรโฟรีซิส

6.  บลอตติ้ง (Blotting)

เป็นเทคนิคที่ต้องอาศัยการทำเจลอิเลคโตรโฟรีซิสมาก่อนแล้วย้ายสารพันธุกรรมหรือโปรตีนจากชิ้นวุ้นมายังแผ่นเมมเบรนเพื่อตรวจสอบว่าสารพันธุกรรมหรือโปรตีนที่ต้องการทราบนั้นเป็นประเภทใด ในการตรวจสอบ DNA จะอาศัยการจับกันของเบสระหว่าง DNA ที่ต้องการทราบกับเบสบนสาย DNA หรือ RNA ของตัวตรวจสอบ (probe) ซึ่งมีขนาดสั้นๆ และทราบลำดับเบสแล้ว (ตัวตรวจสอบจะติดฉลากกัมมันตรังสีหรือสารเรืองแสงเอาไว้เพื่อให้มองเห็นได้เมื่อใช้ฟิล์มเอ็กซ์เรย์ทาบในขั้นตอนสุดท้าย) เช่น หากต้องการทราบว่า DNA ชิ้นหนึ่งเป็นยีน A หรือไม่ ก็นำตัวตรวจสอบที่เป็นยีน A (หรือ mRNA ของยีน A) กับ DNA ชิ้นนั้น มาทำให้เสียสภาพเป็นสายเดี่ยวก่อนแล้วทำการไฮบริไดซ์ คือให้ DNA สายเดี่ยวจับ DNA หรือ RNA อีกสายหนึ่งที่เป็นตัวตรวจสอบ จากนั้นตรวจผลโดยใช้ฟิล์มเอ็กซ์เรย์ทาบ (เรียกเทคนิคออโตเรดิโอการฟี ; autoradiography) หากปรากฏแถบสีดำขึ้นแสดงว่าตัวตรวจสอบสามารถจับกับ DNA ชิ้นนั้นได้ DNA ชิ้นดังกล่าวจึงน่าจะเป็นยีน A การทำไฮบริไดเซชันเพื่อตรวจหา DNA ลักษณะนี้เรียกว่า
เซาท์เธิร์นบลอทไฮบริไดเซชัน (ภาพที่ 4-8)

ภาพที่ 4.8 การทำเซาท์เธิร์นบลอทไฮบริไดเซชัน (Southern Blot Hybridization)

เทคนิคบลอตติ้งและไฮบริไดเซชัน ใช้หลักการจับกันของเบสคู่สม จากความรู้นี้เราสามารถประยุกต์ใช้กับอะไรได้บ้าง นอกเหนือจากการจับคู่ DNA ด้วยกัน

7.  ลายพิมพ์ DNA (DNA Fingerprint)

ปัจจุบันนี้ มีการใช้ลายพิมพ์ DNA ของคน ในการพิสูจน์ความสัมพันธ์ระหว่าง พ่อ แม่ ลูก รวมถึงการรับมรดก และพิสูจน์หลักฐานทางอาชญากรรม และยังใช้ลายพิมพ์ DNA ในการบอกเอกลักษณ์ของพืช และสัตว์เศรษฐกิจ และยังใช้ในการพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางเผ่าพันธุ์และวิวัฒนาการของสัตว์และพืชด้วย  ลายพิมพ์ DNA คือลำดับเบสที่เป็นเอกลักษณ์ในสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวตนหรือบุคคล วิธีตรวจหาลายพิมพ์ DNA มีหลายประเภทเช่น RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism), RAPD (Rapid Amplified Polymorphic DNA), minisatellite DNA และ microsatellite DNA เป็นต้น วิธีตรวจลายพิมพ์ DNA แบบ RFLP (ภาพที่ 4.9) สามารถใช้ระบุความแตกต่างหรือความเหมือนของ DNA จากคนละแหล่งได้ โดยใช้เอนไซม์ตัดจำเพาะตัดดีเอนเอจากทั้ง 2 แหล่ง (หรือหลายแหล่ง) แล้วนำมาทำเจลอิเลคโตรโฟรีซิส ต่อด้วยเซาท์เธิร์นบลอทไฮบริไดเซชัน จากนั้นตรวจผลโดยเปรียบเทียบรูปแบบของแถบ DNA ที่เกิดขึ้นว่าเหมือนหรือต่างกันอย่างไร วิธีการนี้สามารถใช้ตรวจหาผู้ต้องสงสัยที่กระทำผิดได้ โดยเก็บตัวอย่าง DNA จากสถานที่เกิดเหตุหรือผู้เคราะห์ร้ายมาตรวจเปรียบเทียบกับ DNA ของผู้ต้องสงสัยโดยการเจาะเลือด

ภาพที่ 4-9 วิธีการตรวจลายพิมพ์ DNA

ลายพิมพ์ DNA จากการทำ RFLP ของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ สามารถบ่งบอกเอกลักษณ์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดได้ จากรูปแบบของแถบที่ปรากฏ

ภาพที่ 4-10 การตรวจลายพิมพ์ DNA ด้วยวิธี RFLP

ท่านทราบไหมว่าในปัจจุบันมีเทคนิคใดที่ใช้ในการตรวจลายพิมพ์ DNA นอกเหนือจาก RFLP

8.  จีเอ็มโอ (Geneticcally Modified Organisms หรือ GMOs)

จีเอ็มโอหรือสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม เป็นผลมาจากการใช้เทคนิค DNA รีคอมบิแนนท์ร่วมกับโคลนนิ่ง ทำให้ได้สิ่งมีชีวิตที่มีคุณสมบัติตามที่มนุษย์ต้องการ เช่นสร้างพืชต้านทานแมลง โดยใช้ยีนที่สร้างสารพิษประเภทโปรตีนจากแบคทีเรียสกุลบาซิลลัส (Bacillus thuringienis) การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม (ภาพที่ 4-11) ซึ่งเป็นพิษต่อแมลงแต่ไม่เป็นพิษต่อพืช ถ่ายเข้าไปในพืชหลายชนิด เช่น ยาสูบ มะเขือเทศ มันฝรั่ง ฝ้าย ข้าวโพด เมื่อแมลงมากินพืชที่ได้รับยีนนี้เข้าไปจะตาย พืชดังกล่าวจึงไม่ถูกแมลงกิน ขณะที่พืชชนิดเดียวกันที่ไม่ได้รับยีนจะถูกแมลงกินได้  นอกจากนั้นจีเอ็มโอยังใช้ประโยชน์ในการสร้างพืชให้มีคุณค่าทางโภชนาการเพิ่มขึ้นได้ เช่น ข้าวที่มีวิตามินเอ ถั่วเหลืองที่มีกรดอะมิโนเมไทโอนีน หรือเมล็ดทานตะวันที่มีกรดไขมันไม่อิ่มตัวสูง เป็นต้น สำหรับตัวอย่างการสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม (ภาพที่ 4-12) เช่น สร้างวัวที่ผลิตอินซูลินออกมาในน้ำนมได้ หรือการสร้างจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรมให้ผลิตเอนไซม์ ยาปฏิชีวนะ เป็นต้น (ภาพที่ 4-13)

ภาพที่ 4.11 พืชดัดแปลงพันธุกรรม

ภาพที่ 4-12 การสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม

ภาพที่ 4-13 การสร้างจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม 

สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMOs มีลักษณะการกลายพันธุ์ต่างจากที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติอย่างไร

9.  ยีนบำบัด (Gene Therapy)

ยีนบำบัดเป็นการใช้เทคนิคทางพันธุวิศวกรรมช่วยรักษาโรคที่เกิดจากกรรมพันธุ์ซึ่งวิธีการรักษาโดยทั่วไปทำไม่ได้หรือทำได้ลำบาก เช่น โรคธาลัสซีเมีย (thalassemia) ซึ่งเกิดจากความผิดปกติของยีนที่สร้างฮีโมโกลบิน สามารถหายขาดได้ถ้าใส่ยีนที่ปกติเข้าไปให้สร้างฮีโมโกลบินที่ปกติ นอกจากนี้ยังมีการใช้รักษาโรคมะเร็ง รวมทั้งโรคของเอนไซม์ที่สำคัญหลายชนิดกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน หลักการรักษาโรคด้วยวิธียีนบำบัดคืออาศัยเวคเตอร์ให้พายีนที่ต้องการเข้าไปยังเซลล์เป้าหมายในร่างกายและทำให้เกิดการแสดงออกให้ได้ผลผลิตที่ถูกต้องตามต้องการ (ภาพที่ 4-14)

ภาพที่ 4-14 การใช้ยีนบำบัดรักษาโรคทางพันธุกรรม

ยีนบำบัดใช้รักษาโรคใดบ้างในปัจจุบันและได้ผลหรือไม่ อย่างไร

การใช้ยีนบำบัดรักษาโรคทางพันธุกรรม

หลักการของการบำบัดด้วยยีนนั้น เริ่มต้นด้วยการตัดต่อเรียงลำดับหน่วยย่อยภายในสายของดีเอ็นเอให้เป็นลำดับยีนที่ต้องการสายดีเอ็นเอ ที่ได้เรียกว่า"recombinant DNA" ที่นำมาใช้เป็นยารักษาผู้ป่วย เซลล์เป้าหมาย (target cell) ของผู้ป่วยที่ได้รับการถ่ายสายดีเอ็นเอนี้ จะสามารถผลิต RNAหรือโปรตีนได้ปกติตามที่ได้กำหนดโดยยีนที่ถูกตัดต่อให้ถูกต้องแล้ว การทำยีนบำบัดเป็นการทำงานในระดับเซลล์ร่างกาย (somatic cell) ไม่เกี่ยวข้องกับเซลล์สืบพันธุ์ (germ line) ซึ่งได้แก่ ไข่และสเปิร์มจึงไม่มีผลต่อระบบพันธุกรรมของมนุษยชาติ

การถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์เป้าหมายนั้น จำเป็นต้องอาศัยตัวนำ หรือเวคเตอร์ (vector) นิยมใช้ไวรัสเป็นตัวนำ เนื่องจากไวรัสมีความสามารถพิเศษในการนำส่งยีนเข้าสู่เซลล์เป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ และไวรัสอาศัยกลไกในเซลล์คนในการแบ่งตัวของไวรัส ไวรัสที่นำมาใช้เป็นตัวนำ เป็นไวรัสที่ถูกทำให้อ่อนแอลง (attenuated virus) หรือมีการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบบางส่วนไป (modified virus) สิ่งสำคัญที่ต้องระวังคือ การกำจัดส่วนประกอบที่ทำให้เกิดโรคของไวรัสออกให้หมด และการแทรกยีนที่ใช้ในการรักษา (therapeutic gene) เข้าสู่ไวรัสตัวนำ นอกจากนี้ ยังมีการใช้ตัวนำสังเคราะห์ (synthetic vector) ซึ่งอาจประกอบด้วย โปรตีน โพลิเมอร์ หรือไขมัน ในรูปอนุภาค (particle) เพื่อนำส่งดีเอ็นเอเข้าสู่เซลล์

การฝากถ่ายยีน (gene transfer) ทำได้ 2 แบบ คือ

Direct (in vivo) gene transfer คือ การฝากถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์ภายในร่างกายโดยตรง

indirect (ex vivo) gene transfer คือ การฝากถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์ที่นำมาแยกเลี้ยงนอกร่างกาย แล้วจึงนำเซลล์ที่ได้รับการถ่ายยีนที่แก้ไขให้ถูกต้อง แล้วถ่ายกลับคืนสู่ร่างกายผู้ป่วย
การนำยีนบำบัดมาใช้ในการรักษาโรคนั้น จำเป็นต้องมีความรู้และความเข้าใจกลไกการเกิดโรค หลักการทางพันธุกรรมของโรค ยีนที่เกี่ยวข้องในการเกิดโรค ซึ่งต้องทำการวินิจฉัยโรค การหาตำแหน่งของยีน และการโคลนยีนที่ทำให้เกิดโรค
การนำยีนบำบัดมาใช้รักษาโรคในคน เริ่มครั้งแรกในปี พ.ศ.2533 เพื่อรักษาโรค Severe Combined Immunodeficiency Disorder (SCID) ซึ่งเกิดจากการขาดเอนไซม์ Adenosine Deaminase (ADA) เป็นสาเหตุที่ทำให้เซลล์ที่สร้างเม็ดเลือดสะสม deoxy adenosine และ dATP ทำให้เกิดการทำลาย T-cell ที่ยังอ่อนอยู่ ส่งผลให้ร่างกายติดเชื้อง่าย วิธีการรักษาทั่วไปคือ ให้เอนไซม์ ADA ปริมาณต่ำแก่ผู้ป่วยตลอดเวลา ส่วนการรักษาโดยยีนบำบัดทำได้โดยแยก T-cell จากเลือดผู้ป่วยมาเลี้ยง แล้วฝากถ่ายยีนที่ผลิตเอนไซม์ ADA เข้าไปโดยใช้ retrovirus เป็นตัวนำ จากนั้นจึงถ่าย T-cell นี้ ให้แก่ผู้ป่วย

ต่อมา ได้มีการใช้ยีนบำบัดเพื่อรักษาโรค cystic fibrosis ซึ่งผู้ป่วยมักเสียชีวิตจากโรคติดเชื้อระบบทางเดินหายใจเนื่องจากมีเสมหะเหนียวแห้งผิดปกติ การรักษาโดยให้ยีน CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) ซึ่งควบคุมการปล่อยคลอไรด์อิออน (Cl) ออกนอกเซลล์ ให้ความชุ่มชื้นแก่ระบบทางเดินหายใจ ต่อมา มีการนำไปใช้ในการรักษาโรค Canavan disease ซึ่งมีการทำลาย myelin sheath ของเส้นประสาท โดยให้ยีน aspartoacylase และการรักษาโรค Familial hyperchloresterolemia โดยให้ยีนของ LDL receptor ไปจับและลดระดับโคเลสเตอรอล

โรคมะเร็งเป็นโรคที่นับวันจะมีอัตราการเพิ่มของผู้ป่วยสูงขึ้นเรื่อยๆ อีกทั้งยังไม่มีวิธีบำบัดรักษาให้หายขาด จึงมีแนวคิดที่จะใช้ยีนบำบัดในการพิชิตโรคมะเร็ง ดังนี้

ถ่ายยีนที่ผลิตสารที่ทำลายเซลล์ได้เข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดขาว แล้วฉีดเซลล์เม็ดเลือดขาวเข้าสู่ผู้ป่วยเพื่อไปทำลายเซลล์มะเร็ง วิธีนี้สามารถใช้ได้กับมะเร็งชนิด melanoma

ให้ยีนที่มีการเรียงลำดับในทิศทางตรงกันข้ามกับ oncogenes หรือ growth factor (ซึ่งมีหน้าที่ในการผลิตโปรตีนหรือสารเร่งการเจริญเติบโต) ในเซลล์มะเร็ง ทำให้เกิดการจับคู่กันของ RNA ที่เรียงตัวกันในทิศทางตรงกันข้ามอย่างเฉพาะเจาะจง ทำให้เซลล์มะเร็งไม่สามารถใช้ mRNAในการผลิตโปรตีนซึ่งเป็น oncogenes หรือ growth factor มีผลให้เซลล์มะเร็งหยุดเจริญและถูกทำลายโดยระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย เรียกวิธีนี้ว่า antioncogene

การให้ยีนทดแทน (gene replacement) ได้แก่ p53 ซึ่งเป็นยีนที่ยับยั้งการแบ่งตัวของเนื้องอก (tumor suppressor gene) ทำให้เซลล์หยุดแบ่งตัวแบบผิดปกติ

แนวคิดแบบ prodrug-activation เพื่อลดอาการข้างเคียงของเคมีบำบัด โดยการให้ยีนที่สร้างเอนไซม์ประเภทหนึ่งเข้าไปในเซลล์มะเร็ง เอนไซม์นี้จะเปลี่ยนยา (prodrug) ให้เป็นยา (drug) ที่ฆ่าเซลล์มะเร็ง สามารถลดอาการข้างเคียงของการรักษาแบบเคมีบำบัด เนื่องจากยาที่ให้ในตอนแรกไม่มีผลต่อเซลล์อื่นๆ ของร่างกาย อย่างไรก็ตาม การรักษาโดยวิธียีนบำบัดยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และยังต้องอาศัยการประเมินประสิทธิภาพการรักษาอย่างใกล้ชิด ปัญหาของการใช้ยีนบำบัดที่มีรายงานนั้น ได้แก่ ยีนที่ให้แก่ผู้ป่วยถูกทำลายโดยระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย เนื่องจากมันจดจำส่วนประกอบของไวรัสที่ใช้เป็นตัวนำได้ ทำให้ต้องให้ยีนแก่ผู้ป่วยบ่อยครั้ง

ประสิทธิภาพในการฝากถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์ยังต่ำ

การผลิต RNA หรือโปรตีนของยีนยังควบคุมได้ยากหลังจากให้เข้าสู่ร่างกาย
จากรายงานทางการแพทย์สรุปได้ว่า การใส่ยีนที่กล่าวมาประสบความสำเร็จในระดับหนึ่งยีนนั้นสามารถทำงานได้จริง แต่เป็นที่น่าสนใจว่า ยีนนั้นจะสามารถรักษาโรคให้หายขาดได้หรือไม่ในอนาคตเชื่อกันว่า ยีนบำบัดจะมีบทบาทในเชิงการแพทย์ต่อมวลมนุษยชาติเป็นอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์จะทราบว่าพัฒนาการของโรคหนึ่งๆ เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของยีนกี่ชนิดบ้าง แพทย์สามารถทำนายโรคที่ผู้ป่วย   จะเป็นในอนาคตได้ การแพทย์จะเป็นในเชิงป้องกัน (preventive medicine) มากขึ้น ซึ่งนำไปสู่คำแนะนำในการดำเนินชีวิต การรับประทานอาหาร การออกกำลังกาย อาจถึงขั้นแนะนำงานที่เหมาะสมกับบุคคลเลยก็เป็นได้

Gene Therapy กับ โรคมะเร็ง

โรคมะเร็ง เป็นโรคที่นับวันจะมีอัตราการเพิ่มของผู้ป่วยสูงขึ้นเรื่อยๆ และวิธีบำบัดรักษาให้ หายขาดก็ยาก แต่ความก้าวหน้าทางโมเลกุลชีวภาพที่ผสมผสาน กับจินตนาการทางวิทยาศาสตร์ ที่ไม่เคยหยุดนิ่ง ทำให้มนุษย์ไม่ย่อท้อที่จะค้นคว้า และวิจัยงานทางด้านพันธุกรรมซึ่งเป็นสาเหตุพื้นฐานการเกิดของโรคมะเร็ง เมื่อนักวิทยาศาสตร์พบว่า มีความผิดปกติของสารพันธุกรรมในคนที่เป็นโรคมะเร็ง จึงเกิดแนวคิดในการรักษา โรคที่เกิดจากความผิดปกติทางพันธุกรรมเหล่านี้โดย การรักษาสารพันธุกรรมหรือยีน (Gene) พันธุกรรม หรือที่เรียกว่า "พันธุกรรมบำบัด" (Gene therapy หรือ Targeted Therapy)ซึ่งถือว่าเป็นการแก้ไขที่ต้นเหตุของโรคเลยทีเดียว โดยมีแนวคิดง่าย ๆ ว่าหากโรคมะเร็งเกิดจากความผิดปกติ ของยีนตัวใดก็ควรจะมีการรักษาหรือควบคุมเฉพาะการทำงานที่ผิดปกติของยีนนั้น แนวคิดนี้จึงเป็นที่มาที่จะใช้“Targeted Therapy หรือ Gene therapy” ในการพิชิตโรคมะเร็ง

ว่ากันด้วยเรื่องของวิธีการรักษาโรคมะเร็งด้วยวิธีการที่มีชื่อเรียกแบบไม่ค่อยคุ้นหูนัก ว่า Gene therapy “พันธุกรรมบำบัด หรือ Targeted Therapy” เชื่อว่าวิธีการรักษาแบบใหม่นี้หลายคนคงยังไม่เคยได้ยินหรือทราบว่ามันคือการรักษาแบบใด เพราะในปัจจุบันแนวทางในการรักษาโรคมะเร็งที่เราคุ้นเคยกันดีก็คือ การรักษาโดยการผ่าตัด,ฉายรังสี, ทำเคมีบำบัด ซึ่งก็เป็นที่รู้ๆกันว่าผู้ป่วยจะได้รับความทรมานในการรักษาขนาดไหน แต่เมื่อ 4-5 ปีที่ผ่านมาการรักษาแบบใหม่นี้ก็เดินทางเข้ามาเป็นอีกทางเลือกและอีกความหวังหนึ่งของผู้ป่วยโรคมะเร็ง ด้วยคำจำกัดความที่ว่า “เป็นการรักษาโรคมะเร็งวิธีใหม่ ซึ่งสามารถช่วยให้ผู้ป่วยมีชีวิตอยู่ได้โดยไม่ทุกข์ทรมาน”

สาเหตุของโรคมะเร็ง

ในปี พ.ศ. 2367 นักชีววิทยาชาวฝรั่งเศส ชื่อ ฟรองซัวส์ แวงซองต์ ราสปายส์ (Francois Vincent Raspail) ได้กล่าวไว้ว่า "เซลล์ของร่างกายมนุษย์ นอกจากจะเป็นรากฐานของการมีชีวิตและสุขภาพแล้ว เซลล์ยังเป็นรากฐานของโรคภัยไข้เจ็บและความตายด้วย" นั่นคือการเกิดมะเร็งก็จะมีจุดเริ่มต้นจากเซลล์เช่นกัน โดยจะเกิดความพิการหรือผิดปกติที่ยีน (gene) ภายในโครโมโซม (chromosome) ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นกรดนิวคลีอิกและเป็นรหัสชีวิตที่จะควบคุมลักษณะและหน้า ที่การทำงานของเซลล์และการถ่าย ทอดลักษณะทางกรรมพันธุ์ความพิการหรือผิดปกติเช่นนี้ ทำให้เซลล์แบ่งตัวโดยไม่ยอมหยุดอยู่ภายใต้ การบังคับบัญชาของร่างกาย ดังนั้นเมื่อ gene มีความผิดปกติ จะทำให้การทำงานในร่างกายผิดปกติไปด้วย และมะเร็งทุกชนิดก็เกิดจากสาเหตุทางพันธุกรรม เนื่องจากยีนบกพร่องบางตัวในเซลล์ ตัวอย่างประมาณร้อยละ 25 ของโรคมะเร็งเต้านมทุกชนิดจะมีความแปรปรวนเกิดขึ้นกับยีนบางตัวหลังเซลล์แบ่งตัวซ้ำกันหลายครั้ง ทำให้เซลล์รุ่นหลังมีตัวรับสัญญาณสำหรับสารกระตุ้นการเจริญเติบโตเพิ่มขึ้นผิดปกติ ตัวรับสัญญาณนี้อยู่บนผิวเซลล์ มีหน้าที่รับคำสั่งส่งผ่านผิวเซลล์ไปยังนิวเคลียสให้เซลล์แบ่งตัว เนื้อเยื่อเต้านมจึงได้รับคำสั่งให้เติบโตมากเกินปกติ ในที่สุดเซลล์จะเติบโตมากขึ้นจนไม่สามารถควบคุมได้ หรืออย่างกรณีของโรคมะเร็งชนิดอื่น ความผิดปกติเกิดกับโมเลกุลซึ่งทำหน้าที่เปิดหรือปิดสัญญาณควบคุมการเติบโตของเซลล์ เมื่อโมเลกุลทำงานค้างที่ตำแหน่งเปิด เซลล์มะเร็งจะเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว การทำงานผิดปกติของโมเลกุลของเซลล์จึงมีสาเหตุจากความบกพร่องของยีน

Gene Therapy กับ โรคลิวคิเมีย

ในระยะเวลา 50 ปีที่ผ่านมา ได้มีความพยายามศึกษาเพื่อค้นคว้าหาวิธีการรักษาโรคมะเร็งที่มีประสิทธิภาพให้ผู้ป่วยหายขาดจากโรคร้ายเหล่านี้ให้ได้มีการใช้การผ่าตัด การฉายแสง และการให้ยารักษาโรคมะเร็งซึ่งประสพความสำเร็จถึงระดับหนึ่ง

ความเจริญก้าวหน้าทางชีววิทยาโมเลกุล ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อวิเคราะห์ในระดับโมเลกุล ถึงกลไกการเกิดมะเร็งจนสามารถค้นพบความผิดปกติที่เกิดขึ้นและเป็นสาเหตุของการเกิดโรคมะเร็ง ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลงของปริมาณดีเอ็นเอ (DNA) การเปลี่ยนโครงสร้างหรือจำนวนของโครโมโซม การกระตุ้นการทำงานของ ยีนก่อมะเร็ง (Oncogenes) หรือการยับยั้งการทำหน้าที่ปกติของ ยีนที่กดการเจริญของเซลล์มะเร็ง  (Tumor Suppressor Genes) ทำให้เซลล์ปกติเกิดการเปลี่ยนแปลงหลายระยะจนกลายเป็นเซลล์มะเร็ง (Multistep Carcinogenesis) เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นขั้นตอนจากเซลล์ปกติ กลายเป็นเซลล์ระยะก่อนมะเร็ง (Premalignant Cells) และเปลี่ยนเป็นเซลล์มะเร็งในที่สุด (Malignant Transformation) จากการเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุล ไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี จนเกิดการเปลี่ยนแปลงทางรูปร่างโครงสร้างและหน้าที่คุณสมบัติของเซลล์ มีทั้งการเจริญเติบโตที่ผิดปกติและการควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์เสียไป (Growth and Proliferative Dysregulation) มีการเพิ่มจำนวนของเซลล์มะเร็งมากขึ้นจนเกิดเป็นก้อนมะเร็ง มีลักษณะของเซลล์ที่คล้ายสเต็มเซลล์ (Stem Cells) เรียกว่า ดิฟเฟอเรนทิเอชั่น (Dedifferentiation) และมีความเป็นอมตะ (Immortalization) กล่าวคือ เซลล์ปกติจะมีอายุขัยจำกัด และตายไปด้วยขบวนการที่เรียกว่า  อะพอพโตซิส (Apoptosis) หรือ โปรแกรมการตายของเซลล์ (Programmed Cell Death)  แต่เซลล์มะเร็งจะมีความผิดปกติของขบวนการดังกล่าว ทำให้เซลล์มะเร็งมีชีวิตอยู่ได้นานกว่าปกติ ผลลัพธ์ของการเพิ่มจำนวนและขนาดของเซลล์มะเร็ง มีคุณสมบัติที่คล้าย สเต็มเซลล์(Stem Cells) คือ มีการเจริญเติบโตแบ่งตัวได้ตลอดเวลา (Renewal Cells) และเซลล์สามารถดำรงชีวิตได้นานกว่าปกติ ทำให้ปริมาณเซลล์มะเร็งเพิ่มมากขึ้นผิดปกติจนเกิดเป็นก้อนมะเร็งซึ่ง จะทำลายเนื้อเยื่อปกติข้างเคียง และแพร่กระจายไปสู่ส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย (Metastasis) เกิดความผิดปกติทั้งทางกายภาพชีวภาพ และเมตตาโบลิค จนทำให้ผู้ป่วยด้วยโรคมะเร็ง ต้องเสียชีวิตในที่สุด

จะเห็นได้ว่ามะเร็งเป็นโรคที่เกิดจากความผิดปกติทางพันธุกรรม ดังนั้นข้อมูลที่ได้รับจากการศึกษาความผิดปกติที่เกิดกับเซลล์มะเร็งในระดับโมเลกุลทำให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงจำเพาะที่เกิดขึ้น และสามารถประยุกต์ใช้ในการคิดค้นวิธีการรักษามะเร็งให้ตรงกับการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ โดยไม่มีผลหรือมีผลน้อยต่อเซลล์ปกติของร่างกาย วิธีการหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ได้คือ เมื่อทราบถึงการเปลี่ยนแปลงในระดับพันธุกรรมของเซลล์มะเร็งก็จะสามารถคิดค้นวิธีรักษา และแก้ไขความผิดปกติที่ระดับนั้น ๆ โดยตรง ซึ่งวิธีที่กำลังมีการศึกษาค้นคว้าวิจัยอยู่อย่างกว้างขวางทั่วโลกในขณะนี้คือ ยีนบำบัด Gene Therapy) การใช้วิธีการทางชีววิทยาโมเลกุลมาประยุกต์ ใช้ทางคลินิกดังกล่าว เพื่อแก้ไขความบกพร่องของเซลล์มะเร็ง ถือได้ว่า เป็นจุดหักเหที่สำคัญครั้งแรกในประวัติศาสตร์การแพทย์ของมนุษยชาติที่มีศักยภาพสูง ซึ่งอาจจะนำไปสู่การพิชิตโรคมะเร็งในที่สุด การรักษาดังกล่าวจะไม่ใช่การทำลายเซลล์มะเร็งแบบการรักษาเดิมที่เคยใช้อยู่ไม่ว่าจะเป็นการฉายแสงรังสี หรือการใช้ยาเคมีบำบัด หากแต่เป็นการยับยั้งหรือเปลี่ยนแปลงเซลล์มะเร็งเสียใหม่ในระดับพันธุกรรม ซึ่งเป็นการแก้ไขที่สาเหตุพื้นฐานของการเกิดโรคมะเร็ง

ยีนบำบัด (Gene Therapy)เป็นความหวังใหม่ของแพทย์ที่จะเอาชนะโรคมะเร็งโดยอาศัยเทคโนโลยีทางพันธุวิศวกรรมศาสตร์ ซึ่งนอกเหนือจากการแก้ไขความผิดปกติของยีน ยังสามารถประยุกต์ใช้กับการรักษาโรคมะเร็งด้วยวิธีอื่น ๆ ได้ เช่น การใส่ยีนที่ทำให้เซลล์ปกติของไขกระดูกดื้อต่อยาเคมีบำบัด (Multidrug Resistance Gene) ทำให้สามารถให้เคมีบำบัดในขนาดสูงเพื่อทำลายเซลล์มะเร็ง โดยไม่มีผลเซลล์กระดูกปกติ การใส่ยีนเครื่องหมาย (Marker Gene) เข้าไปในเซลล์มะเร็งเพื่อติดตามการดำเนินโรค หรือการใส่ยีน Cytokines ชนิดต่าง ๆ เข้าไปในเซลล์ของระบบอิมมูนหรือเซลล์มะเร็งเพื่อเพิ่มภูมิต้านทานโรคมะเร็ง การใส่ยีนซ่อมแซม ดีเอ็นเอ (DNA) ในเซลล์ปกติที่ถูกทำลายด้วยเคมีบำบัดที่ใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง เช่น ยีนโอ-แอลคิลกัวนิน-ดีเอ็นเอ แอลคิลทรานสเฟอเรส(O-alkyl-guanine-DNAAlkyltransferase) ซึ่งทำหน้าที่ซ่อมแซม DNA ที่ถูกทำลายโดยเคมีบำบัดกลุ่มไนโตรโซยูเรีย (Nitrosourea) ทำให้อาจป้องกันการเกิดมะเร็งเม็ดเลือดขาวที่เป็นผลแทรกซ้อนในระยะยาวจากการรักษาด้วยยาในกลุ่มดังกล่าว เป็นต้น  จะเห็นได้ว่าบทบาทของ ยีนบำบัด (Gene Therapy)มีมากมายกว้างขวางหลายวิธีที่จะนำมาใช้ในการรักษามะเร็งได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อไป

Definition

ยีนบำบัดในมนุษย์ (Human Gene Therapy)คือ วิธีการนำสารพัธุกรรม (Genetic Material)  ใส่เข้าไปในเซลล์ของผู้ป่วยเพื่อทำหน้าที่ทดแทนยีนที่ขาดหายไป หรือทำหน้าที่ผิดปกติ หรือให้หน้าที่ใหม่สำหรับเซลล์นั้น ทำให้เกิดประโยชน์ทางการรักษาโรค ในระยะเวลา 30 ปีที่ผ่านมา ได้มีความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมากทางวิชาพันธุกรรม ชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุล  ทำให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลง และความผิดปกติในระดับพันธุกรรมของโรคต่าง ๆ จนถึงขั้นนำความรู้เหล่านี้จากห้องปฏิบัติการมาให้ทางคลินิกในการรักษาผู้ป่วย

History of Gene Therapy

การใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy)ในมนุษย์เริ่มครั้งแรกเมื่อวันที่ 22 พฤษภาคม ค.ศ. 1989 โดยเป็นการทดลองนำยีนต้านทานยา นีโอไมซิน (Neomycin Resistance Gene) มาใส่ในเซลล์ดังกล่าวเข้าไปในตัวของผู้ป่วย  เพื่อการศึกษาถึงความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีในการนำยีนจากภายนอกใส่เข้าไปในมนุษย์ และศึกษาถึงความปลอดภัยตลอดจนผลข้างเคียงที่อาจเกิดขึ้นจากวิธีการดังกล่าว เมื่อพบว่าเทคนิคในการนำยีนจากภายนอกใส่เข้าไปในเซลล์ของเม็ดเลือดได้ผลดี และอยู่ในร่างกายของมนุษย์ได้กว่า 100 วันติดต่อกัน เมื่อตรวจหายีนดังกล่าวโดยใช้เทคนิคของ
โพลีเมอเรสเชนรีแอคชั่น (Polymerase Chain Reacition) หรือเรียกย่อๆว่าพีซีอาร์ (PCR) จึงได้นำไปสู่การทดลองขั้นต่อไปคือ การนำยีนบำบัด (Gene Therapy)มาใช้รักษาผู้ป่วยซึ่งมีความบกพร่องของเอนไซม์อะดีโนซีนดีอะมิเนส (Adenosine  Deaminase Deficiency) ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรมที่พบน้อย เกิดจากการขาดเอนไซม์อะดีโนซีนดีอะมิเนส (Adenosine Deaminase) ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานตามปกติ ของระบบอิมมูน การขาดเอนไซม์นี้ทำให้เกิดภาวะบกพร่องทางอิมมูนตั้งแต่เด็ก และเกิดการติดเชื้อได้บ่อยจนอาจมีอันตรายถึงชีวิตได้ จากความรู้ทางชีววิทยาโมเลกุลทำให้สามารถตรวจพบยีนที่สร้างเอนไซม์ชนิดนี้ และเข้าใจถึงกลไกการเกิดโรคจากความผิดปกติของยีนดังกล่าว การรักษาโรคนี้โดยใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy)จึงเป็นวิธีรักษาโรคตามกลไกการเกิดโรค ดังนั้น เมื่อวันที่ 14 กันยายน ค.ศ. 1990 จึงได้มีการใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy) มารักษาโรคนี้เป็นครั้งแรก   โดยนำ Adenosine Deaminase (ADA) Gene มาสอดใส่ใน รีโทรไวรัส (Retrovirus) ซึ่งทำหน้าที่เป็นพาหะนำยีนดังกล่าวเข้าไปสู่ เซลล์เม็ดเลือดขาว ลิมโฟไซต์ (Lymphocytes) ของผู้ป่วยอายุ 4 ปี ซึ่งป่วยด้วยโรคการบกพร่องของเอนไซม์ อะดีโนซีนดีอะมิเนส(Adenosine Deaminase Deficiency)  และเพาะเลี้ยงเซลล์ดังกล่าวในห้องทดลองโดยอาศัยปัจจัยที่ช่วยในการเจริญของทีลิมโฟไซต์ (T-Cell Growth Factor) จนมีปริมาณมากพอจึงฉีดกลับเข้าไปในตัวผู้ป่วย การรักษาได้ผลดีผู้ป่วยมีระบบอิมมูนปกติหลังจากการได้รับยีนอะดีโนซีนดีอะมิเนสปริมาณเม็ดเลือด Lymphocytes ของผู้ป่วย หลังการรักษาเพิ่มปริมาณขึ้นถึงระดับปกติ และปริมาณโปรตีนอะดีโนซีนดีอะมิเนส ใน T-Lymphocytes เพิ่มระดับขึ้นถึง 25 เปอร์เซ็นต์ ของปกติในผู้ป่วยที่ได้รับการรักษา และผู้ป่วยเริ่มมีปฏิกิริยาตอบสนองทางอิมมูนต่อตัวกระตุ้น

               หลังจากนั้นก็ได้มีการศึกษาและวิจัยเรื่อง ยีนบำบัด (Gene Therapy)ในการรักษาผู้ป่วยไม่ว่าจะเป็นโรคทางกรรมพันธุ์    เช่น โรคเลือดฮีโมฟีเลีย  (Hemophilia), ADA-deficiency, ครอบครัวที่มี คลอเลสเตอลอลสูง (Familial Hypercholesterolemia) และโรคมะเร็งชนิดต่าง ๆ ได้แก่ มะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลัน ชนิดลิมโฟไซต์ (Acute Lymphocytic Leukemia),  มะเร็งรังไข่ (Ovarian Cancer), มะเร็งเซลล์สมองชนิดนิวโรบลาสโตมา (Neuroblastoma)

Methodology of Gene Therap

วิธีการในการนำยีนใส่เข้าไปในเซลล์ที่ต้องการและทำหน้าที่ในเซลล์นั้น ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันนี้ ในการศึกษาวิจัยเรื่อง ยีนบำบัด  (Gene Therapy) มีอยู่หลายวิธีพอสรุปได้ดังนี้

1.  การใส่ยีนโดยวิธีทางกายภาพ  (Physical Delivery Systems)

1.1  การตกตะกอนยีน โดยวิธีใช้สารเคมี แคลเซียม-ฟอตเฟต (Calcium-phosphate Precipitation)
1.2  การใส่ยีนโดยใช้กระแสไฟฟ้าทะลุทะลวงผิวของเซลล์ (Electroporation)
1.3  การใส่ยีนโดยการฉีดยีนเข้าไปในเซลล์ โดยตรง (Microinjection)
1.4  การใส่ยีนโดยกาหลอมตัวของโปรโตพลาซึมเข้าด้วยกัน  (Protoplast Fusion)
1.5  การใส่ยีนโดยใช้เซลล์ไขมันขนส่ง (Liposomal transfer)
1.6  การใส่ยีนโดยรีเซปเตอร์ของเซลล์ (Receptor-mediated Delivery)
1.7  การฉีดเนื้อเยื่อเข้าไป (Tissue Injection)
2.  การใส่ยีนเข้าไปในเซลล์โดยใช้เชื้อไวรัสนำเข้า (Viral-mediated Delivery Systems)
2.1  ใช้รีโทรไวรัส (Retroviruses)
2.2   ใช้อะดีโนไวรัส (Adenovirus)
2.3   ใช้ไวรัสเริม (Herpes Simplex Virus)

ปัญหาที่สำคัญที่เป็นข้อจำกัดในวิธีการต่าง ๆ ดังกล่าวข้างต้นในการนำยีนหรือ ดีเอ็นเอ(DNA) ที่ต้องการใส่เข้าไปในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (Mammalian Cells) มี 2 ประการด้วยกันคือ

1.  Low Efficiency of การแสดงออกของยีน(Gene Expression) ประสิทธิภาพในการสร้างโปรตีนของยีนใหม่ที่ใส่เข้าไปใน Mammalian Cells จะต่ำกว่าเมื่อใส่ใน Prokaryotic Cells มาก เช่น ในเซลล์ของมนุษย์จะมีส่วนของยีนใหม่สอดแทรกเข้าไปใน ดีเอ็นเอ (DNA) ของเซลล์ในขนาดที่สั้นมาก เช่น ประมาณ 6 กิโลเบส (Kilobases) มีผลทำให้เพียง 10-30 เปอร์เซ็นต์ ของเซลล์ที่พบว่ารับยีนใหม่เข้าไปและสามารถสร้างโปรตีนของยีนนั้นได้ จะมีทรานสคริปชั่นยูนิต (Transciption  Unit) ที่สองที่อยู่ในรูปแบบที่สมบูรณ์ (Intact Form)

การพัฒนาประสิทธิภาพของการแสดงออกของยีน (Gene Expression) เมื่อใส่ยีนเข้าไปในเซลล์แล้วส่วนใหญ่จะเป็นเรื่องของการเลือกใช้ ดีเอ็นเอ  (DNA) ส่วนที่ควบคุมการแสดงออก (Expression) ของยีนนั้น ๆ ให้เหมาะสม โดยเรียกโปรโมเตอร์ (Promoters) ที่จะคุม Transcription ของยีนให้แรงพอที่จะกระตุ้นให้ยีนมีการสร้างโปรตีนในปริมาณที่มากพอในการทำหน้าที่ของยีนนั้น

2.  Short-lived Response ระยะเวลาที่ยีนใหม่จะสร้างโปรตีน แม้ว่าการสอดแทรกเข้าไป(Transfection) ของยีนใหม่จะเกิดขึ้นสมบูรณ์แบบแล้วก็ตามมักจะสั้นเกินไป เช่น ระยะเวลาเป็นเดือนเท่านั้น ไม่ว่าจะใช้วิธีไหนก็ตามในการนำยีนใส่เข้าไปในเซลล์ ซึ่งสาเหตุอาจจะเกิดขึ้นจากการสอดแทรกเข้าไปในสายของโครโมโซม การกลายพันธุ์ (Mutation)  การแสดงออก (Expression)  ของนอนอินทีเกรทดีเอ็นเอ ( Non-integrated DNA)   รวมทั้งการควบคุม Transcription ของยีน

               เรื่องของรีพอร์ทเตอร์ยีนซิสเต็ม (Reporter Gene System) ก็มีความสำคัญกล่าวคือ การใช้ยีนที่เป็น มาร์คเกอร์ (Markers) เพื่อตรวจสอบว่า การสอดแทรกของยีน (Insertion) ที่ใช้ในการทำ ยีนบำบัด (Gene Therapy) มีประสิทธิภาพมากน้อยเพียงไรก็มีความสำคัญ และเป็นส่วนที่จะช่วยในการพัฒนาเทคนิคของ ยีนบำบัด(Gene Therapy) และเพิ่มความสำคัญในการนำยีนจากภายนอกเซลล์ใส่เข้าไปในเซลล์

Routes of Gene Therapy

ยีนบำบัด(Gene Therapy)สามารถนำมาให้ในผู้ป่วยได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับแหล่งของเซลล์ที่จะปรับใช้(Modified Cells) ที่ใช้ดังต่อไปนี้

1.  ยีนหยุดยั้ง (Gene Blockade)  สามารถนำยีนกดมะเร็ง (Tumor Suppressor Gene) ซึ่งมีคุณสมบัติยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งได้มาสอดใส่ในพาหะ (Vector) ที่เหมาะสม เช่น Retrovirus เป็นพาหะนำพายีน  (Gene Vector) แล้วฉีดเข้าไปในร่างกายของผู้ป่วยโดยตรง

2.  สเต็มเซลล์บำบัด (Stem Cell Therapy)   Retrovirus  บางชนิดสามารถใช้เป็นพาหะ ในการนำยีนที่ต้องการใส่เข้าไปใน สเต็มเซลล์ (Stem Cells) ของไขกระดูกโดยตรง แล้วใช้วิธีการของการเปลี่ยนไขกระดูก (Bone Marrow Transplantation) หรือนำ Retrovirus ซึ่งมียีนที่ใส่เข้าไปใหม่ฉีดเข้าไปในไขกระดูกโดยตรง ไวรัสดังกล่าวจะนำยีนที่ต้องการเข้าไปใน Stem Cell พร้อมกัน เช่น อาจนำยีนดื้อยาหลายขนาน(Multidrug Resistance Gene) ใส่เข้าไปใน Retrovirus ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นพาหะนำยีนนี้เข้าไปใน Bone Marrow  Stem Cell ทำให้เซลล์ของไขกระดูกมีความทนทานต่อยาเคมีบำบัด สามารถให้ยาในขนาดที่สูงได้ เพื่อทำลายเซลล์มะเร็งได้มากขึ้น โดยไม่มีผลต่อเซลล์ของไขกระดูกที่มี Multidrug Resistance Gene อยู่ เป็นต้น

3.  Receptor-linked Gene Transfer  เป็นการนำยีนที่ต้องการใช้ในการรักษาโรคมาต่อเข้ากับโมเลกุลที่จับกับ Receptors ของเซลล์ที่ต้องการทำให้การที่ยีนที่ใช้ใน ยีนบำบัด (Gene Therapy)ในการรักษาโรคเมทาบอลิซึมของไขมัน ( Fat Metabolism)

4.  Inhalation-therapy  สำหรับโรคของทางเดินหายใจส่วนต้น เช่น โรคซิสติกไฟโบรซิส(Cystic Fibrosis)  อาจจะนำยีนที่ใช้รักษาใส่เข้าไปในเชื้อไวรัสอะดีโน (Adenovirus) และให้ผู้ป่วยสูดดมพาหะดังกล่าวเข้าไปในปอดโดยตรง

5.  Gene-injection  อาจนำยีนของเชื้อโรคหรือเซลล์มะเร็งใส่เข้าไปในเม็ดเลือดและฉีดเข้าไปในตัวผู้ป่วย เพื่อกระตุ้นให้มีการสร้างภูมิต้านทานโรคที่จำเพาะสำหรับโรคนั้น อาจใส่ยีนไซโตไคน์ (Cytokine) ร่วมด้วย เช่นแฟคเตอร์ทำลายเซลล์มะเร็ง (Tumor Necrosis Factor) เพิ่มขึ้น ทำให้มีการกระตุ้นระบบอิมมูนของร่างกายมากยิ่งขึ้น เป็นการนำเทคโนโลยีของ ยีนบำบัด (Gene Therapy) มาใช้ในเรื่องของ วัคซีนสำหรับมะเร็ง(Tumor Vaccine)

6.  Gene-medicines  อาจนำยีนที่ต้องการ เชื่อมต่อกับสารนำเข้า ( Carrier  Substances ) บางชนิดทำให้สามารถเข้าไปในเซลล์ที่ต้องการได้ และฉีดเข้าไปที่อวัยวะที่ต้องการรักษาโดยตรง ตัวอย่างของการใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy)วิธีนี้คือการรักษาโรค กล้ามเนื้ออ่อนเปลี้ย (Duchenne Muscular Dystrophy)

Potentiate Immunotherapy

การใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy) มาประยุกต์ใช้กับการรักษามะเร็งโดยวิธีภูมิคุ้มกันวิทยา (Cancer Immunotherapy) คือ การเพิ่มการตอบสนองทางอิมมูนของเซลล์มะเร็งโดยตรง ซึ่งสามารถทำได้โดยการใส่ยีนไซโตไคน์ (Cytokines) ชนิดต่าง ๆ เข้าไปในเซลล์มะเร็งโดยตรงหรืออาจจะใส่ยีนเอ็มเอชซีแอนติเจน (MHC Antigens) เข้าไปในเซลล์มะเร็งทำให้เพิ่มการตอบสนองทางอิมมูนต่อเซลล์มะเร็งก็ได้ในการศึกษาระยะแรกในสัตว์ทดลอง ได้มีการนำยีนแฟคเตอร์ทำลายเซลล์มะเร็ง (TNF) และ อินเตอร์ลิวคิน-2 (IL-2) ใส่เข้าไปในเซลล์มะเร็งของหนูทดลอง พบว่าสามารถทำให้ก้อนมะเร็งของสัตว์ทดลองเล็กลงได้ ดังนั้นจึงมีการเตรียมการทำ ยีนบำบัด (Gene Therapy)ด้วยวิธีดังกล่าวในคน คือ การป้องกันเซลล์ไขกระดูกด้วยการใส่ Multidrug Resistance (mdr) Gene ลงไปในเซลล์ตัวอ่อนของไขกระดูก (Hematopoietic Progenitor Cells) ก่อนให้ยาเคมีบำบัดขนาดที่สูง (Intensive chemotherapy) mdr-1 Gene ทำหน้าที่สร้างโปรตีนชื่อพี-170ไกลโคโปรตีน  (p170 Glycoprotein) ที่จะอยู่ที่บริเวณผนังของเซลล์ทำหน้าที่เหมือนเครื่องสูบน้ำและจะขับเคมีบำบัดจากภายในเซลล์ออกสู่ภายนอกเซลล์  (Efflux) ทำให้ระดับของยาภายในเซลล์ลดน้อยลง เกิดภาวะดื้อต่อยา และเนื่องจากยาหลายตัวถูกขับออกด้วยวิธีนี้ จึงทำให้เกิดการดื้อยาหลายชนิดจากสาเหตุเดียวกันเรียกเซลล์ที่มีการดื้อยาเคมีบำบัดแบบนี้ว่า Multidrug Resistance Phenotype การดื้อยาเคมีบำบัดด้วยวิธีนี้พบได้ในยาหลายชนิด เช่น อะเดรียไมซิน (Adriamycin), วินคริสติน (Vincristin), วินบลาสติน (Vinblastine), วินเดสติน (Vindesine) และ แทกโซล (Taxol) ในกรณีที่จะเปลี่ยนไขกระดูกอาจใส่ยีนดื้อยาหลายขนาน (mdr Gene) เข้าไปในเซลล์ของไขกระดูกปกติ เพื่อให้สามารถให้ยาเคมีบำบัดได้เต็มที่ในการใช้ยาครั้งต่อไป นอกจากนั้นเมื่อให้ยาเคมีบำบัดครั้งต่อไป เซลล์ปกติของไขกระดูกที่ไม่มี mdr Gene ที่ถูกทำลายไปคงเหลือแต่เซลล์ที่มี mdr Gene อยู่เท่านั้น ทำให้เมื่อมีการเพิ่มปริมาณของเซลล์ดังกล่าว ก็ยิ่งทำให้ไขกระดูกมีความคงทนต่อยาเคมีบำบัดมากยิ่งขึ้น และระยะเวลาที่ไขกระดูกจะฟื้นตัวจะเร็วมากยิ่งขึ้น

จะเห็นได้ว่าวิธีดังกล่าวจะเป็นการเพิ่มการตอบสนองของระบบอิมมูน ที่จำเพาะต่อเซลล์มะเร็งที่ตัดออกมาจากตัวผู้ป่วยโดยการใช้ยีน Cytokines เป็นตัวกระตุ้นและเป็นวิธีเลียนแบบการสร้างภูมิต้านทานโรคทางธรรมชาติ โดยอาศัยความรู้ทางชีวโมาลกุล (Molecular Biology), ภูมิต้านทานมะเร็ง (Tumor Immunology) และเซลล์ชีววิทยา (Cell Biology) ซึ่งอีกไม่นานผลการศึกษาดังกล่าวคงจะบอกได้ว่าวิธีดังกล่าวจะสามารถนำมาใช้ในการรักษาโรคมะเร็งอย่างมีประสิทธิภาพได้หรือไม่

Chemoprotection

ปัญหาสำคัญของการรักษาโรคมะเร็งด้วยเคมีบำบัดหรือรังสีรักษา คือผลข้างเคียงต่อเซลล์ปกติ ซึ่งจะจำกัดขนาดที่ใช้ในการรักษา (Dose-Limiting Toxicities)  โดยเฉพาะต่อเซลล์ปกติที่มีการแบ่งตัวเร็วโดยเฉพาะผลข้างเคียงต่อ สเต็มเซลล์  (Stem Cells)  ในไขกระดูก วิธีการป้องกันผลข้างเคียงดังกล่าวที่ใช้อยู่ในปัจจุบันโดยไม่ต้องลดขนาดยาหรือรังสีเช่นการใช้การปลูกถ่ายไขกระดูก (Bone Marrow Transplantation), การใช้ แฟคเตอร์กระตุ้นการเจริญเติบโต (Growth Factors),  การใช้สเต็มเซลล์จากกระแสเลือด (Perpheral Blood Stem Cells Infusion) , etc.

Antisense Oligonucleotides

วิธีหนึ่งของ ยีนบำบัด (Gene Therapy) ในการรักษาโรคมะเร็งคือ การยับยั้งการทำงานของยีนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคมะเร็ง (Inhibition of Endogenous Gene Expression) ในปัจจุบันนี้วิธีที่ใช้อยู่อย่างแพร่หลายคือ การใช้ แอนตีเซนท์โอลิโกนิวคลีโอไทด์( Antisense Oligonucleotides)

แอนตีเซนท์โอลิโกนิวคลีโอไทด์( Antisense Oligonucleotides) คือ โอลิโกนิวคลีโอไทด์(Oligonucleotides) ซึ่งเป็นสายตรงข้าม (Complimentary) กับส่วนของเมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ(Messenger RNA) ของยีนที่ต้องการจะยับยั้ง ดังนั้นจึงจับอย่างจำเพาะกับ mRNA เกิดเป็น ลูกผสมดีเอ็นเออาร์เอ็นเอ (DNA-RNA Hybrid) เกิดขึ้น ซึ่งแต่เดิม mRNA จะเป็นสายเดียวเมื่อจับกับ Antisense Oligonucleotides จะเกิดเป็นสายคู่เกิดขึ้น ซึ่งจะถูกทำลายโดยเอนไซม์อาร์เอนเอส-เอช (Rnase H) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ย่อยสายคู่ แต่ไม่ย่อยสายเดียวของอาร์เอ็นเอ (RNA) นอกจากนี้ถ้า Antisense Oligo-nucleotide จับกับตำแหน่งที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการทำหน้าที่ของยีน เช่น บริเวณโปรโมเตอร์ (Promotor) และ เอ็นฮานเซอร์  (Enhancer) ก็จะยับยั้งการทำหน้าที่ของยีนนั้น ๆ ได้ เมื่อหน้าที่ของยีนถูกยับยั้งจะทำให้ไม่เกิดการสร้างโปรตีน ถ้าโปรตีนนั้น ๆ เกี่ยวข้องและจำเป็นสำหรับการดำรงชีวิตของเซลล์ ก็จะทำให้เซลล์นั้นตายได้ ดังนั้น Antisense Oligonucleotides จึงอาจสามารถใช้ในการรักษาโรคมะเร็งได้ เช่น การใช้ Antisense Oligonucleotides ที่จำเพาะกับ mRNA ของยีนมะเร็ง ที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตที่ผิดปกติ (Autonomous Cell Growth) หรือคุณสมบัติอื่น ๆ  ของเซลล์มะเร็งที่สำคัญของเซลล์มะเร็งตามต้องการ

Drug Targeting

วิธีการทาง ยีนบำบัด (Gene Therapy) สามารถนำมาประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มความจำเพาะของยาเคมีบำบัดต่อเซลล์มะเร็งได้ โดยอาศัยหลักการที่ว่า พาหะที่ใช้ในการนำยีนเข้าสู่เซลล์จะ Express ในเซลล์ของเนื้อเยื่อบางชนิดหรือในเซลล์มะเร็ง แต่ไม่เกิดการทำหน้าที่ในเซลล์ทุกชนิด ซึ่งเกิดจากการที่มี Transcription Factor ที่ควบคุม Promoter ของยีนเฉพาะในเซลล์นั้น ๆ ดังนั้นถ้าเป็นเซลล์อื่น เช่น  เซลล์ปกติที่ไม่มี Transcription Factor ต่อ Promoter ของพาหะที่ใช้อยู่ ก็จะไม่เกิดการทำหน้าที่ของยีนนั้น ๆ ดังนั้นเมื่อใช้ Promoter ที่เหมาะสมต่อกับยีนที่ต้องการให้ Express เช่น แอลฟาฟีโตโปรตีนโปรโมเตอร์ (Alpha-fetoprotein Promoter) ต่อกับยีนที่ใช้ ก็จะทำให้ Expression ของยีนนั้นเกิดขึ้นจำเพาะในปริมาณมากในเซลล์ที่มี Transcription Factors ที่ควบคุม Alpha-fetoprotein Promoter ที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น ในมะเร็งตับ (Hepatocellular Carcinoma) ที่สร้างแอลฟาฟีโตโปรตีน (Alpha-fetoprotein) แต่จะมีผลน้อยต่อ เซลล์ตับปกติ (Normal Adult Liver) ซึ่งปกติไม่สร้าง Alpha-fetoprotein ในขณะนั้นในทางกลับกันถ้าต้องการให้ยีนที่ใส่เข้าไปออกฤทธิ์ในตับปกติก็ทำได้โดยใช้ Promoter ที่ออกฤทธิ์ในตับปกติซึ่งจะควบคุมยีนที่ต้องการให้ Express เช่น เลือกใช้ Alpha-fetoprotein (AFP) Promoter เมื่อต้องการให้ เกิดการแสดงออกของไวรัสเริม (HSV Gene Express) ในเซลล์มะเร็งตับ (Hepatocellular Carcinoma Cell) แต่ถ้าต้องการให้การแสดงออกของเชื้อไวรัสเริม (HSV Gene Express) ในเซลล์ตับปกติ (Normal Liver Cells) ก็เลือกใช้อัลบลูมินโปรโมเตอร์ (Albumin Promoter) และถ้าใช้ยีนที่เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนโปร์ดัก (Prodrug) ให้กลายเป็นเคมีบำบัดที่ทำงานได้ (Active Chemo-therapy) ก็สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดยาเคมีบำบัดที่มีความเข้มข้นสูงในเซลล์ที่ต้องการได้  เรียกวิธีการนี้ว่าการรักษาโดยใช้ไวรัสชักนำเอ็นไซม์ในการเปลี่ยนแปลงยา (Virally Directed Enzyme Prodrug Therapy (VDEPT))

ตัวอย่างของการใช้เทคนิค VDEPT ในการทำให้ยาเคมีบำบัดมีความจำเพาะต่อเซลล์มะเร็ง อาจทำได้โดยนำยีนไซโตซีนดีอะมิเนส (Cytosine Deaminase) ซึ่งสร้างเอนไซม์ที่เปลี่ยนยา 5-ฟลูออโรไซโตซีน (5-Fluorocytosine (5-FC)) ให้กลายเป็นยาเคมีบำบัด 5-Fluorouracil (5-FU) โดยใช้ Promoter ที่เหมาะสม เช่น จากการศึกษาพบว่ามะเร็งโชแลงจิโอคาร์ซิโนมา (Cholangiocarcinoma) ซึ่งเป็นมะเร็งตับชนิดหนึ่ง ที่พบมากทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย เกี่ยวข้องกับ การเป็นพยาธิใบไม้ในตับ (Opisthorchis viverini) จากการกินตัวอ่อนของพยาธิในก้อยปลาซึ่งทำจากปลาน้ำจืดดิบ มะเร็งชนิดนี้มีระดับของซีนูออนโคยีน(C-neu Oncogene) สูงถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ของผู้ป่วยที่ตรวจ ดังนั้น ในรายที่มีการสร้าง C-neu Oncoprotein มากอาจรักษาได้ด้วย ยีนบำบัด (Gene Therapy)โดยการนำ Retroviral Vector ที่ประกอบด้วยซีนูโปรโมเตอร์  (C-neu Promoter) ต่อกับยีน Cytosine Deaminase ใส่เข้าไปในเซลล์มะเร็งที่มีการสร้าง C-neu Oncoprotein ซึ่งจะมี Transcription Factor ที่ควบคุม C-neu Promoter อยู่ในขณะที่เซลล์ปกติไม่มี  จึงเกิดการกระตุ้น ให้มีการสร้างเอนไซม์  Cytosine  Deaminase  มากขึ้น  และเอนไซม์จะเปลี่ยน ยา5-FC ซึ่งไม่มีพิษต่อร่างกายกลายเป็น 5-FU ซึ่งเป็นยาเคมีบำบัด มีฤทธิ์รักษาโรคมะเร็งได้ ซึ่งขบวนการนี้จะเกิดเฉพาะที่ในเซลล์มะเร็งที่มียีนดังกล่าวอยู่เท่านั้น ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความจำเพาะของการรักษามะเร็งด้วยยาเคมีบำบัดได้

Gene Replacement Therapy

การเกิดมะเร็งเป็นผลของความผิดปกติในระดับพันธุกรรม เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของโครโมโซม ดีเอ็นเอที่มีอยู่ (DNA Content), ยีนก่อมะเร็ง (Oncogenes), ยีนกดมะเร็ง (Tumor Suppressor Gene), ยีนควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ (Growth Regulatory Genes) และยีนที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของโรค (Metastasis) ดังนั้นในกรณีของการขาดหาย (deletion) หรือไม่ทำหน้าที่ตามปกติของยีนหนึ่งซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดโรคมะเร็ง หรือ การแพร่กระจายของโรค   การใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy)เพื่อให้ยีนที่ขาดหายไปนั้นกับเซลล์มะเร็ง หรือทำให้ยีนที่ผิดปกติทำหน้าที่ตามปกติ จึงเป็นวิธีหนึ่งในการรักษาโรคมะเร็งตามกลไกการเกิดโรคในระดับโมเลกุล  การเกิดมะเร็งนอกจากจะเกิดจากการกระตุ้นการทำงานของ Oncogene  ดังนั้นแนวทางในการใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy)ในการรักษาคือ การยับยั้งการทำงานของยีนอีกกลุ่มหนึ่งที่ทำหน้าที่ปกติที่ก่อให้การเกิดมะเร็ง (Tumor Suppressor Genes) โดยสรุปการรักษาด้วย ยีนบำบัด (Gene Therapy) จะเป็นการเติมยีนที่ขาดหายไปหรือไม่ทำงานให้เซลล์มะเร็ง เพื่อเปลี่ยนเซลล์มะเร็งให้กลายเป็นเซลล์ปกติ ยีนเหล่านี้พบน้อยกว่ายีนมะเร็งมากเท่าที่ตรวจพบขณะนี้ แสดงในตารางที่ 20.1

ตารางที่ 20.1   Tumor Suppressor Genes

Tumor Suppressor Genes	ตำแหน่งบนโครโมโซม
Retinoblastoma Gene (RB1)	13 q 14
p53	17 p 13
Wilm's Tumor (WT-1)	11 p 13
Neurofibromatosis (NF-1)	17 q 11-22
Schwannomas (NF-2)	22 q
Familial adenomatous polyposis (FAP)	5 q 21-22
DCC	18 q

               การยับยั้งหน้าที่ปกติของ Tumor Suppressor Gene เหล่านี้เกิดขึ้นได้หลายวิธี เช่น การขาดหายไปของยีนที่ตำแหน่งนั้น ๆ (Allele Loss) การขาดหายไปของส่วนของโครโมโซมที่ยีนนั้นอยู่ (Chromosome Deletions)  หรือการเกิดการเปลี่ยนแปลงในระดับ ดีเอ็นเอ (DNA) เกิดการกลายพันธุ์ (Mutation) ทำให้การทำหน้าที่ของยีนนั้นผิดปกติไป ซึ่งตัวอย่างของการยับยั้งการทำหน้าที่ปกติของ Tumor Suppressor Genes สามารถอธิบายให้เข้าใจได้โดยใช้ข้อมูลจากการศึกษาในมะเร็งเรติโนบลาสโตมา (Retinoblastoma) ซึ่งเป็นมะเร็งตาที่พบมากที่สุดในเด็กเล็ก พบเป็นสาเหตุของการตายจากมะเร็งในเด็กประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ และเป็นมะเร็งตาที่พบมากที่สุดในเด็ก โดยที่ 40 เปอร์เซ็นต์ของผู้ป่วย มีประวัติในครอบครัว (Familial History of Retinoblastoma) ถ้าเป็นกลุ่มของผู้ป่วยที่มีประวัติในครอบครัวมักจะเป็นมะเร็งของตาทั้งสองข้าง (Bilateral Involvement) และอาจเป็นได้หลายตำแหน่ง (Multifocal Lesions) จากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของ Retinoblastoma Gene ซึ่งอาจเกิดที่ระดับโครโมโซม หรือ ดีเอ็นเอ (DNA) ก็ได้       

               ลักษณะที่สำคัญที่ทำให้เกิดก้อนมะเร็งขึ้นคือ การเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง ซึ่งยีนกลุ่มที่ทำให้เกิดการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของเซลล์คือ ยีนมะเร็ง (Oncogenes)   ในทางตรงข้ามจะมียีนอีกกลุ่มหนึ่งทำหน้าที่ตรงกันข้ามยีนมะเร็ง โดยจะยับยั้งการเจริญเติบโตและการแบ่งตัวของเซลล์ (Tumor Suppressor Genes หรือ  Anti-Oncogenes) ซึ่งกลไกการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ มีหลายลักษณะดังนี้

               1. Transcription factors    ยีนกดมะเร็ง (Tumor Supressor Genes) บางชนิดทำหน้าที่เป็น Transcription Factor ซึ่งจะควบคุมยีนที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการเจริญเติบโตของเซลล์ เช่น Retinoblastoma (RB1) และ พี-53 (p53) Tumor Suppressor Genes อาจจับกับ ดีเอ็นเอ(DNA) และควบคุมการทำงานของยีนที่ควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ ยีน CCAAT-Enhancer Binding (C/EBP) เป็นยีนซึ่งสร้างโปรตีนที่เป็น Transcription Factor ซึ่งจะยับยั้งการเพิ่มจำนวนของเซลล์

               2.  Negative Control on Oncogenes   Neurofibromatosis (NF1) Tumor Suppressor Genes จะยับยั้งการทำงานของ RAS Oncogene

               3.  Apoptosis  การควบคุมจำนวนของเซลล์ให้มีปริมาณที่เหมาะสมคือ การที่เซลล์แก่ตายไปตามอายุขัย ซึ่งเรียกว่า Apoptosis หรือ Programmed Cell Death  ยีนที่ควบคุมการตายของเซลล์คือ p53 Tumor Suppressor Genes   ส่วนยีนที่ทำหน้าที่ตรงกันข้ามคือ ยีนมะเร็งชื่อ BCL2 ที่จะป้องกันไม่ให้เซลล์ตาย ทำให้เพิ่มปริมาณของเซลล์ขึ้นผิดปกติในระหว่างการเกิดมะเร็ง

               4.  Growth Arrest  ยีนชื่อ Growth-arrest-specific (GAS) Genes จะเพิ่มปริมาณของ mRNA ขึ้นสูงสุดในระยะที่เซลล์หยุดการเจริญเติบโตในระยะ Synthetic (S) Phase ของ Cell Cycle  ยีนชื่อ Statin เมื่อเพิ่มปริมาณมากขึ้นจะยับยั้งเซลล์ (Growth Arrested) และทำให้เซลล์แก่ (Senescent) ตามที่แสดงในตารางที่ 20.2

ตารางที่ 20.2    ยีนที่ทำหน้าที่ยับยั้งการเจริญเติบโตและการแบ่งตัวของเซลล์

Inhibitor Gene or Factor                                                             Remarks
RB1	Retinoplastoma gene; also deleted in osteosarcomas and other tumors
p53	p53 protein; binds oncogene products; deleted in some tumors
WTI	Wilms tumor
DCC	Carcinoma of the colon
NFI	Neurofibromatosis type I
FAP	Carcinoma of the colon
MENI	Multiple endocrine neoplasias
Prohibitin	A c-DNA clone capable of inhibiting cell proliferation
GAS genes	Growth-arrested genes
C/EBP	CAAT-binding protein; inhibits cell proliferation
Statin	Over expressed in growth-arrested and senescent cells

มะเร็งหลายชนิดอาจเกิดความผิดปกติของ Tumor Suppressor Genes ชนิดเดียวกันได้ เช่น การยับยั้งการทำงานของ Retinoblastoma Gene พบได้ในมะเร็งของตา (Retinoblastomas)   มะเร็งกระดูก (Osteosarcomas)  มะเร็งปอด (Small Cell Carcinoma)  มะเร็งเต้านม (Breast Carcinomas)  มะเร็งทางปัสสาวะ (Genitourinary Carcinoma) และ Soft Tissue Sarcomas การผิดปกติของ p53 Tumor Suppressor Genes พบได้ในมะเร็งหลายชนิด เช่น มะเร็งปอด (Non-Small Cell and Small Cell Lung Carcinomas)  มะเร็งทางเดินปัสสาวะ (Genitourinary Carcinomas) มะเร็งศีรษะและคอ (Head and Neck Cancer) มะเร็งของทางเดินอาหาร (Gestrointestinal Carcinoma) และ Soft Tissue Sarcomas  เป็นต้น

จากการศึกษาทางโครโมโซม (Cytogenetic Studies) พบว่า   มีโครโมโซมที่ขาดหายไปในมะเร็งหลายชนิด เช่น มะเร็งปอดชนิด Small Cell Carcinoma มีการขาดหายไปของโครโมโซมคู่ที่ 3 (Chromosome 3 p Deletion) ซึ่งพบมากในมะเร็งชนิดนี้ชี้บ่งว่าน่าจะมี Tumor Suppressor Genes อยู่ที่ตำแหน่งที่ขาดหายไปของโครโมโซม และการยับยั้งการทำหน้าที่ของยีนดังกล่าวเรียกว่า Loss of Heterozygosity ซึ่งสามารถจะวิเคราะห์หาได้โดยใช้ เทคนิคทางโครโมโซม และ ชีววิทยาโมเลกุล (Molecular Biology)

Molecular Vaccination

วิธีการหนึ่งของระบบอิมมูนในร่างกาย ที่ใช้ในการกำจัดเซลล์มะเร็ง คือ การที่ ลิมโฟไซต์ชนิดทีเซลล์ (T Lymphocytes) จับกับเซลล์มะเร็งโดยอาศัยการจับกับทีเซลล์รีเซพเตอร์ (T-cell Receptor) และเอชแอลเอคลาสหนึ่ง (Class I Histocompatibity Antigen (HLA)) และโมเลกุลเกาะเกี่ยวระหว่างเซลล์ (Intercellular Adhesive Molecules (ICAM)) ซึ่งปฏิกิริยาทางอิมมูนเหล่านี้อาศัยไซโตไคน์(Cytokines) ในการเพิ่มปฏิกิริยาตอบสนอง ดังนั้นจึงสามารถอาศัยเทคโนโลยีทาง ยีนบำบัด (Gene Therapy) ในการใส่ยีน Cytokine เข้าไปในเซลล์มะเร็ง หรือ ลิมโฟไซต์ชนิดทีเซลล์ (T-cells) เพื่อเพิ่มปฏิกิริยาตอบสนองต่ออิมมูนในการทำลายเซลล์มะเร็ง

ตัวอย่างของการใช้  Molecular  Vaccination    ที่มีการศึกษาอยู่ในปัจจุบัน มีการใช้ยีน  HLA B7, IL-2,  IL-4 ใส่เข้าไปในเซลล์มะเร็งแล้วฉีดเข้าไปในตัวผู้ป่วยเพื่อใช้เป็นวัคซีนในการกระตุ้นภูมิต้านทานต่อโรคมะเร็ง ดังแสดงในตารางที่ 20.3

วิธีการของวัคซีนโมเลกุล (Molecular Vaccine) ที่ใช้ในการรักษาโรคมะเร็งในปัจจุบันนี้จะเป็นการนำยีน Cytokine ที่ต้องการ เช่น IL-2 มาดัดแปลงและใส่เข้าไปมะเร็งที่แยกมาจากตัวผู้ป่วย เซลล์ที่ได้รับยีน IL-2 เข้าไปจะถูกฉีดกลับเข้าไปในตัวผู้ป่วยในลักษณะเดียวกับการฉีดวัคซีนทั่วไป และมักจะฉายแสงรังสีที่เซลล์มะเร็งนั้นเสียก่อน เพื่อทำให้เซลล์ไม่สามารถจะแบ่งตัวแพร่กระจายได้ต่อไปเมื่อฉีดเข้าไปในตัวผู้ป่วย  เมื่อเซลล์ดังกล่าวถูกฉีดเข้าไปในตัวผู้ป่วยก็จะสร้าง IL-2 กระตุ้นให้ Accessory Immune Cell เข้ามาหาและสร้าง Cytokines ชนิดอื่น ๆ เช่น แกมมาอินเตอร์เฟอรอน (Interferon-gamma) ซึ่งมีฤทธิ์ทำลายเซลล์มะเร็งได้ และยังกระตุ้นให้มีการสร้าง ICAM ที่ผิวของเซลล์มะเร็งซึ่งจำเป็นสำหรับการจับกับ T-Cell   IL-2 ที่สร้างมาจากเซลล์ยังกระตุ้นการทำหน้าที่ T Lymphocytes ซึ่งจะเข้ามาทำลายเซลล์มะเร็ง เมื่อมีการกระตุ้นระบบอิมมูน โดยอาศัยวิธีของ Molecular Vaccination ดังกล่าวซึ่งจะจำเพาะต่อเซลล์มะเร็งที่ฉีดเข้าไปก็จะส่งผลโดยรวมเพิ่มการทำลายมะเร็ง ที่อยู่ในร่างกายของผู้ป่วยด้วย เหมือนกับการฉีดวัคซีนป้องกันโรคอื่น

Safety of Gene Therapy

การรักษาโรคของ ยีนบำบัด (Gene Therapy) มีความปลอดภัยมากน้อยเพียงใดต่อตัวผู้ป่วยเองและสิ่งแวดล้อมเป็นไปได้หรือไม่ว่า ในการที่เราพยายามเปลี่ยนแปลงสิ่งมีชีวิตในระดับพันธุกรรมอาจจะก่อให้เกิดการกลายพันธุ์  เกิดโรคใหม่ ๆ ที่มีอันตราย เกิดผลข้างเคียงจากการรักษาที่เราไม่คาดคิดมาก่อน เกิดจากสิ่งมีชีวิตใหม่ที่มีอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากปกติแล้วกว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในธรรมชาติ ใช้เวลายาวนานในช่วงของวิวัฒนาการอาจเป็นเวลานับล้านปี ในขณะที่เทคโนโลยีทางชีววิทยาโมเลกุลสามารถที่จะสร้างหรือเปลี่ยนแปลง   Genetic Materials  ได้ในระยะเวลาอันสั้น ซึ่งการสร้างสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้อาจจะไม่สอดคล้องกับธรรมชาติและระบบนิเวศน์วิทยา ตามที่ควรจะเป็นตามขั้นตอนของการวิวัฒนาการทางธรรมชาติเกิดความไม่สมดุลของธรรมชาติเกิดขึ้น เป็นที่น่ายินดีว่า ประสบการณ์ของการวิจัยเรื่อง ยีนบำบัด (Gene Therapy)ที่ผ่านมาไม่พบผลข้างเคียงที่อันตรายไม่ว่าจะเป็นในสัตว์ทดลองที่นับได้ถึง 106 ปี  ของอายุของลิงทั้งหมดที่ใช้ในการทดลอง ตลอดจน 23 ปีของอายุมนุษย์ทั้งหมดที่ได้รับการรักษาด้วยวิธีการเปลี่ยนถ่ายยีนโดยใช้รีโทรไวรัส (Retroviral-Mediated Gene Transfer) และไม่พบว่าอุบัติการณ์ของการเกิดโรคมะเร็งเพิ่มมากขึ้นในผู้ป่วยที่รักษาด้วย ยีนบำบัด(Gene Therapy) สำหรับพาหะที่ใช้ในการนำยีนที่ต้องการเข้าไปสู่เซลล์ซึ่งที่ใช้มากคือ  Retrovirus โดยทางทฤษฎีแล้ว ไวรัสที่เกิดการกลายพันธุ์จากการทดลองทาง ยีนบำบัด (Gene Therapy) ไม่ควรจะมีผลเสียต่อธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม เนื่องจากไวรัสดังกล่าวถูกทำให้กลายเป็นไวรัสบกพร่อง( Defective Virus) ดังนั้นจึงไม่ควรจะมีอันตรายต่อมนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อย่างไรก็ตามมีรายงานจากสภาวิจัยแห่งชาติของประเทศ สหรัฐอเมริกาที่พบลิง 3 ตัวที่ใช้ในการทดลองเรื่อง ยีนบำบัด (Gene Therapy) ในการเปลี่ยนไขกระดูกเกิดมะเร็งต่อมน้ำเหลือง (T-Cell Lymphama) และมีการปนเปื้อนของรีโทรไวรัสชนิดเฮลเปอร์ (Helper Retrovirus) ดังนั้นการทดลองเรื่อง ยีนบำบัด (Gene Therapy) จึงมีความจำเป็นมากที่จะต้องใช้พาหะที่ปราศจากรีโทรไวรัสชนิดเฮลเปอร์ ในการทดลองทุกครั้ง

Medical Ethics     ถึงแม้ว่าปัจจุบันนี้เรื่อง Human Gene Therapy ยังไม่เป็นปัญหาทางจริยธรรม และด้านกฎหมาย เนื่องจากอยู่ในขั้นตอนของการศึกษาวิจัยโดยอยู่ภายใต้การควบคุมอย่างเข้มงวดของคณะกรรมการการวิจัยทางคลินิกและคณะกรรมการจริยธรรมในการทำงานวิจัยในมนุษย์ แต่ในอนาคตอันใกล้นี้ เมื่อมีการใช้ ยีนบำบัด (Gene Therapy) อย่างแพร่หลายมากขึ้น โดยเฉพาะเมื่อเทคโนโลยีเหล่านี้ง่ายขึ้นและสะดวกมากขึ้น จำเป็นต้องมีการคำนึงถึงจริยธรรมทางการแพทย์และกฎหมายในการนำวิธีการรักษานี้มาใช้ในผู้ป่วย ในกรณีที่ใส่ยีนเข้าไปในเซลล์เนื้อเยื่อ (somatic cells) ไม่ใช่เซลล์เพศ (germ  lines) จะมีปัญหาน้อยกว่าเพราะจะไม่มีผลต่อไปในขั้นลูกหลานยีนบำบัดในกรณีนี้จะคล้ายคลึงกับการเปลี่ยนอวัยวะเท่านั้น  แต่ถ้าจะเป็นของ germ  lines  เช่นมีการฉีดยีนเข้าไปในไข่ที่ได้รับการผสมกับเชื้อเพศชายแล้ว (Fertilized Oocytes) ของผู้ป่วยระยะเจริญพันธุ์ อาจมีผลต่อลูกที่เกิดได้ซึ่งอาจก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่มีอันตรายและมีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้  ผลข้างเคียงที่เกิดขึ้นเหล่านี้จากการเปลี่ยนข้อมูลทางกรรมพันธุ์ (genetic information) ไม่สามารถจะคาดคะเนได้ในขณะที่ทำยีนบำบัดแต่จะเกิดผลข้างเคียงในระยะยาว ดังนั้นจึงควรจะมีการศึกษาเรื่องนี้อย่างรอบคอบในสัตว์ทดลอง  ไม่ควรที่จะรีบร้อนนำมาใช้ในมนุษย์  ถ้ายังไม่มีความแน่ใจเพียงพอกับผลระยะยาวที่อาจจะเกิดขึ้น โดยเฉพาะเรื่อง Germ line Gene Therapy ที่อาจส่งผลไปสู่ลูกหลานของผู้ป่วยที่ยังไม่เกิดมา
บทสรุป       

ความเข้าใจของการเกิดมะเร็งในระดับโมเลกุลทำให้ทาบถึงพยาธิกำเนิดของโรคมะเร็งว่าเป็นผลมาจากความผิดปกติทางพันธุกรรม  ดังนั้นการที่เริ่มมีความเข้าใจถึงยีนต่างๆ  ที่ควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ (Growth  Regulation) การพัฒนาของเซลล์ (Cellular  Differentiation) และการตายของเซลล์ (Apoptosis) ตลอดจนการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง(Metastasis)  ทำให้สามารถพัฒนาวิธีการรักษามะเร็งตามพยาธิกำเนิดของโรค  ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของยีนบำบัดเพื่อเปลี่ยนทดแทนหรือให้หน้าที่ใหม่ต่อเซลล์ด้วยการใส่ยีนเข้าไปในเซลล์  รวมไปถึงการพัฒนาทางเภสัชวิทยาเพื่อคิดค้นยาใหม่ๆที่มีผลต่อขบวนการต่างๆ  ของการเกิดมะเร็งในระดับชีวเคมีดีขึ้น  โดยเป็นผลสืบเนื่องมาจากความผิดปกติของกรรมพันธุ์ของการเกิดโรคมะเร็ง  ยีนบำบัดจึงเป็นวิธีการรักษาโรคมะเร็งแบบใหม่ที่มีการนำมาใช้กับผู้ป่วยโรคมะเร็ง  ในระดับงานวิจัยทางคลินิก  จนกว่าจะทราบถึงผลการรักษาที่แน่นอนและผลข้างเคียงทั้งระยะสั้นและระยะยาว  จากการศึกษาในห้องปฏิบัติการ  และการศึกษาถึงผลงานทางคลินิกในระยะต่างๆตั้งแต่การทดลองในมนุษย์ในระยะที่หนึ่ง (Phase I) เพื่อทราบถึงขนาดยาสูงสุดที่ผู้ป่วยได้รับ (Maximun  Tolerated Dose) และผลข้างเคียงของการรักษา  ซึ่งขนาดของยาหรือวิธีการที่จะนำไปใช้ในการวิจัยขั้นที่สอง(Phase II)  คือ  การศึกษาถึงประสิทธิภาพของการรักษา  และ การทดลองระยะที่สาม (Phase III) เป็นการเปรียบเทียบการรักษาแบบใหม่กับวิธีการรักษามาตรฐานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน  ก่อนที่จะมีการนำเทคโนโลยีเหล่านี้มาใช้ต่อไปในอนาคต