Um ihr Ziel, die Heilung eines Gendefekts durch Verabreichung einer funktionierenden Genkopie, zu erreichen, experimentieren Gentherapeuten inzwischen mit ganz unterschiedliche Methoden und "Werkzeugen".

So können die neuen Gene beispielsweise direkt mittels Genfähren in die Körperzellen des Patienten eingeschleust werden - wie bei der so genannten in vivo-Gentherapie der Fall. Oder aber der Gentransfer findet außerhalb des Körpers im Labor statt und nur die zuvor entnommenen, nun veränderten Körperzellen werden dem Patienten wieder injiziert - wie bei der ex vivo-Therapie.

Doch egal, welche dieser beiden Methoden angewendet wird, wichtigster Bestandteil und zugleich noch immer größtes Problem der Gentherapie ist der Vektor - das Vehikel, mit dessen Hilfe die neuen Gene in die Zellen des Patienten eingeschleust werden sollen. Als Genfähren kommen dabei sowohl verschiedene entschärfte Viren, als auch künstliche Konstrukte oder "nackte" DNA in Frage.

Viren
Viren erscheinen auf den ersten Blick als die optimalen Vektoren: Sie bestehen im Grunde fast nur aus ihrem Genom und einer Proteinhülle und sind von Natur aus darauf ausgerichtet, ihre Gene in fremde Zellen einzuschleusen. Dazu docken sie an die Wirtszelle an und injizieren ihr Genmaterial in das Zellinnere. Damit setzen sie einen Prozess in Gang, in dessen Folge sie den zelleigenen Syntheseapparat dazu bringen, nur noch Befehle der Virengene auszuführen.

Und genau dies machen sich Genforscher auch für die Gentherapie zu nutze: Sie entfernen aus den als Überträger ausgewählten Viren alle für den Menschen schädlichen Gene, und bauen stattdessen das therapeutische DNA-Bruchstück ein. Alle für die Injektion und Aktivierung der Genfracht gebrauchten Bestandteile des Virus bleiben dabei intakt.

Adenoviren

	Adenovirus © DOE

Lange Zeit galten die Adenoviren als das Nonplusultra unter den Genfähren. Die hoch infektiösen Erreger, beispielsweise von grippalen Infekten und anderen Atemwegserkrankungen, lassen sich relativ leicht in Zellen der Leber, der Blutgefäße, des Gehirns oder der Atemwege einschleusen und werden sogar als Aerosol über die Schleimhäute aufgenommen.

Doch die scheinbar so pflegeleichten "trojanischen Pferde" haben auch ihre Schattenseiten: Die Wirkung einer Gentherapie mit Adenoviren ist in der Regel nicht von Dauer, da die Viren das von ihnen eingeschleuste Genmaterial nicht in das Erbgut der Wirtszelle einbauen. Andererseits senkt dies wiederum das Risiko, durch falschen Einbau in das zelleigene Genom möglicherweise Fehlfunktionen auszulösen. Doch viel gravierender ist die Tatsache, dass Adenoviren beim Patienten heftige Immunreaktionen auslösen können und bereits in mindestens einem Fall zum Tod eines Gentherapiepatienten geführt haben.

Retroviren
Angesichts dieser Gefahr entscheiden sich viele Gentherapeuten für eine andere Virengruppe, die Retroviren, da sie keine starken Immunreaktionen verursachen. Das Genom dieser Viren, zu denen auch das HI-Virus gehört, besteht nicht aus DNA sondern aus RNA und wird fest in das Erbgut der Wirtszellen eingebaut. Der Vorteil dabei: Ist ein therapeutisches Gen einmal auf diese Weise integriert, hält die Wirkung dauerhaft an, die Therapie braucht im Idealfall daher nicht wiederholt zu werden.

Retrovirus © NIH

Allerdings birgt genau dieser Einbau auch erhebliche Risiken: Retroviren verstreuen oft mehrere Kopien des eingeschleusten Gens im Wirtsgenom, bisher ist weder steuerbar wo, noch wie viele Genbausteine die Viren auf diese Weise einbauen. Eine Insertion der Gene an falscher Stelle kann jedoch die Funktion wichtiger Steuerungsgene stören und dann beispielsweise ungeregeltes Zellwachstum und letztendlich Krebs zur Folge haben. In Versuchen mit retroviralen Genfähren sind bereits Fälle von Leukämie oder Tumorbildungen beobachtet worden.

Adeno-Assoziierte Viren (AAV)
In letzter Zeit hat eine weitere Virengruppe als Gentaxi von sich reden gemacht: die Adeno-Assoziierten Viren oder AAVs. Die sehr kleinen, meist parallel zu Adenoviren auftretenden Viren scheinen Eigenschaften beider anderen Virengruppe in sich zu vereinen: AAVs können eine ebenso breite Palette von Zellen infizieren wie Adenoviren, rufen dabei aber keine Immunantwort des Organismus hervor. Andererseits bauen diese Viren ähnlich wie Retroviren ihr Erbmaterial fest in das Genom der befallenen Zellen ein, mit dem Nachteil, dies auch fast ebenso zufällig und ungesteuert zu tun. Zur Zeit arbeiten einige Labors daran, die noch geringe Effizienz des Gentransfers bei AAVs zu erhöhen.

Künstliche Genfähren
Auch mit nicht-viralen Vektorsystemen wird mittlerweile experimentiert. Bislang ist es bereits möglich, Wirkstoffe mithilfe von künstlich hergestellten Liposomen in Körperzellen einzuschleusen. Umgeben von einer Fettsäurehülle gleichen diese nur rund 100 Nanometer großen Pakete den zelleigenen Transportbläschen und können daher mit der Zellmembran verschmelzen und dabei ihren Inhalt in das Zellinnere abgeben.

Doch für die Gentherapie müssen die Genbausteine nicht nur in die Zelle, sondern auch in den Zellkern gelangen und die gängigen Liposomen sind dafür deutlich zu groß. Doch einer Forschergruppe im amerikanischen Cleveland ist es vor kurzem gelungen, therapeutische DNA mithilfe von nur 25 Nanometer kleinen "Nanoballs" aus Peptiden durch die winzigen Poren in der Hülle des Zellkerns zu applizieren.

"Nackte" DNA
Eine Variante ganz ohne Genfähren ist der Transfer von so genannter "nackter" DNA. Die Wirtszellen werden dabei mithilfe von elektrischen Impulsen dazu gebracht, das neue Gen in Form eines DNA-Rings aufzunehmen. Forscher des Beth Israel Medical Center in Boston haben auf diese Weise bereits sechs Hämophilie-Patienten ein ihnen fehlendes Blutgerinnungsgen verabreicht.

Doch trotz weltweiter Versuche: das ideale Gentaxi scheint noch nicht gefunden. Alle zur Zeit erprobten Vektoren weisen noch immer mehr oder weniger starke Nachteile auf, sei es nun eine zu geringe Effizienz, zu großer Aufwand bei der Anwendung oder ein zu hohes Sicherheitsrisiko für den Patienten. Entsprechend nüchtern fällt daher beispielsweise auch die Bilanz von Stuart Orkin von der Harvard Medical School aus: "Die größten Schwierigkeiten bereiten die Mängel in allen gängigen Gentransfer-Vektoren und ein noch immer inadäquates Verständnis der biologischen Interaktion dieser Vektoren mit dem Wirtsorganismus."