home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1993 / TIME Almanac 1993.iso / time / 092490 / 0924350.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-08-28  |  15.5 KB  |  323 lines

  1.                                                                                 MEDICINE, Page 74Giant Step for Gene Therapy
  2.  
  3.  
  4. An experiment on a young girl opens a new era in the fight
  5. against hereditary diseases
  6.  
  7. By LEON JAROFF -- Reported by Andrea Dorfman/New York and Dick
  8. Thompson/Washington
  9.  
  10.  
  11.     She weighed around 35 lbs., came down with an occasional
  12. cold or ear infection, and appeared to be a healthy
  13. four-year-old. But a dark cloud hung over her future. She
  14. suffered from ADA deficiency, the rare, incurable and deadly
  15. genetic disease that shuts down the immune system -- a disorder
  16. similar to the one that in 1984 finally claimed the life of
  17. David, the famous but unfortunate "bubble boy." Only the weekly
  18. injection of a newly developed drug seemed to stand between the
  19. little girl and the same fate.
  20.  
  21.     Last week, on the 10th floor of the massive Clinical Center
  22. of the National Institutes of Health (NIH) in Bethesda, Md.,
  23. the still unidentified child assumed a historic role. In the
  24. first federally approved use of gene therapy, a team of doctors
  25. introduced into her bloodstream some 1 billion cells, each
  26. containing a copy of a foreign gene. If all goes well, these
  27. cells will begin producing ADA, the essential enzyme she
  28. requires, and her devastated immune system will slowly begin
  29. to recover.
  30.  
  31.     The procedure lacked the drama of an epochal event. For 28
  32. minutes, a grayish liquid in a suspended plastic bag dripped
  33. intravenously into the left hand of the child, who sat upright
  34. in a bed in the Clinical Center's pediatric intensive-care
  35. unit. That was it. But if the technique works as the doctors
  36. hope it will, the results could be little short of miraculous.
  37. Their patient may eventually begin to lead a normal life,
  38. without need for the costly and only partly effective drug now
  39. used to extend the lives of young victims of the disease.
  40.  
  41.     The landmark experiment, led by Dr. W. French Anderson, a
  42. pioneering advocate of gene therapy, and Drs. R. Michael Blaese
  43. and Kenneth Culver, raised the curtain on what some experts
  44. believe will be a new era in medicine, when many previously
  45. incurable genetic diseases will be contained or even conquered.
  46. The long-term impact on society could be enormous. Up to 5% of
  47. the infants born in the U.S. are afflicted with often
  48. debilitating and sometimes fatal genetic diseases. In most
  49. cases, no effective treatment exists for these disorders, which
  50. are caused by one or more faulty or missing genes among the
  51. estimated 100,000 genes in human DNA.
  52.  
  53.     Each gene consists of a segment of the DNA that is found in
  54. the nucleus of every one of the body's 100 trillion cells (with
  55. the exception of red blood cells, which have no nuclei). And
  56. each gene is responsible for the manufacture of a particular
  57. protein that contributes to either the structure or the
  58. functioning of the body. If the gene is defective, protein
  59. synthesis will be faulty and a deformity or genetic disease
  60. will result.
  61.  
  62.     The object of gene therapy, simply put, is to provide the
  63. body with healthy replacement genes that can fulfill the
  64. intended role of defective ones. "Gene therapy is actually a
  65. sophisticated drug-delivery system," Anderson explains.
  66. "Anything given now by injection -- growth factor, factor VIII,
  67. insulin -- you can just engineer the patient's own cells to
  68. pump them out. The advantage is that it's a one-time treatment."
  69.  
  70.     It all sounds rather straightforward, but medical
  71. researchers will have to overcome some formidable technological
  72. barriers before gene therapy becomes commonplace. Delivering
  73. replacement genes to particular cells, inserting them into the
  74. correct place in the DNA of those cells and then coaxing the
  75. genes to function properly are goals that still often elude
  76. scientists.
  77.  
  78.     And there are risks. If a gene is accidentally spliced into
  79. a vital segment of a cell's DNA, it could disrupt the
  80. functioning of another critical gene. Or it might activate a
  81. nearby oncogene, initiating the growth of a tumor. Transplanted
  82. without all its accompanying regulatory DNA, the new gene might
  83. order the production of too much or too little of a protein,
  84. with unforeseen consequences.
  85.  
  86.     These risks and the fears of some critics that the technique
  87. could be misused have raised safety and ethical issues that the
  88. practitioners of the new art are quick to recognize. "For the
  89. first time, we're altering an individual's genes," says W.
  90. ("Dusty") Miller, a gene-therapy  researcher at the Fred
  91. Hutchinson Cancer Research Center in Seattle. "That's a new
  92. frontier, and you had better make sure you're doing the right
  93. thing. These are really exploratory times for gene therapy, and
  94. no one knows where it will lead." Despite his enthusiasm for
  95. gene therapy, Anderson too is aware of its implications. "The
  96. emotional impact of having somebody manipulate the fundamental
  97. blueprint of a human being is very frightening," he
  98. acknowledges. "We need to have the public understand it and to
  99. have adequate safeguards."
  100.  
  101.     Anderson is painfully familiar with safeguards. He and
  102. Blaese first submitted their proposal for treating ADA
  103. deficiency in April 1987. Since then, it has been reviewed a
  104. dozen times by a variety of NIH regulatory committees and
  105. altered again and again to meet their requirements. At long
  106. last, early this month, the acting head of the NIH gave final
  107. approval, and the way was cleared for the researchers to
  108. proceed. Concedes Jay Greenblatt, of the Regulatory Affairs
  109. branch of the National Cancer Institute: "The levels of review
  110. of this proposal have been incredible."
  111.  
  112.     The gene at the center of all this concern "codes," or
  113. provides the blueprint for, adenosine deaminase (ADA), an
  114. enzyme that breaks down toxic biological products. In the rare
  115. cases of ADA-deficiency children, the gene and, consequently,
  116. the enzyme are missing. As a result, the toxins accumulate in
  117. the bloodstream, killing essential T cells and B cells and
  118. inactivating the immune system. With little or no defense
  119. against disease except germ-free environments, like the famous
  120. bubble, victims usually died early in childhood; ADA injected
  121. directly into their bloodstream could not help; it deteriorated
  122. within minutes.
  123.  
  124.     Then, earlier this year, the FDA approved treatment with
  125. PEG-ADA, a drug consisting of the enzyme with a chemical sheath
  126. that enables it to exist in the bloodstream for days. Weekly
  127. injections, at an annual cost of $60,000, have kept some of the
  128. dozen or so ADA-deficiency children in the U.S. alive. But a
  129. longer-lasting, even permanent treatment that would generate
  130. ADA in the bloodstream is obviously preferable.
  131.  
  132.     Anderson and Blaese are confident that gene therapy could
  133. fit the bill. Ideally they would prefer to insert ADA genes
  134. into bone-marrow stem cells, which would continuously
  135. manufacture blood cells containing the gene and ensure a steady
  136. supply of the enzyme. But researchers have yet to find a way
  137. to isolate marrow stem cells effectively. Instead, the NIH
  138. researchers opted for T cells, immune-system cells that can
  139. survive in the bloodstream for months and even years.
  140.  
  141.     Extracting viable T cells from their young patient, Anderson
  142. and Blaese exposed them to mouse leukemia retro-viruses into
  143. which human ADA genes had been spliced. The retroviruses,
  144. rendered harmless by genetic engineering, were the vectors, the
  145. vehicles that would deliver the genes to their target. They
  146. invaded the T cells and, as retroviruses are wont to do,
  147. burrowed into the T-cell DNA, carrying the ADA gene with them.
  148. Finally, a billion or so T cells, now equipped with ADA genes
  149. and floating in the gray solution suspended above the little
  150. girl's bed in Bethesda, were dripped into her veins.
  151.  
  152.     Several months may pass before doctors can confirm that the
  153. ADA genes are being "expressed" and that the enzyme is being
  154. produced. Even so, the child will not be cured. She will have
  155. to return monthly for at least two years to the NIH, where
  156. doctors will infuse her with more engineered T cells and check
  157. for possible side effects. But Anderson and Blaese are
  158. optimistic. "We're very comfortable with the concept," says
  159. Blaese. In the meantime, as a precaution mandated by the FDA,
  160. the girl will continue to receive the PEG-ADA drug treatment.
  161.  
  162.     The milestone event should be quickly followed by a second
  163. application of human gene therapy, now apparently close to
  164. final approval. It has been proposed by NIH's Dr. Steven
  165. Rosenberg for treating patients with advanced cases of
  166. melanoma, a deadly skin cancer that afflicts 28,000 Americans
  167. annually. "We now use radiation, chemotherapy and surgery --
  168. external forces -- on cancer patients," Rosenberg says. "But
  169. gene therapy uses the body's own internal mechanism. We're
  170. trying to make the body itself reject the disease."
  171.  
  172.     Rosenberg's strategy, devised with the help of Anderson, is
  173. to extract immune cells called tumor-infiltrating lymphocytes
  174. (TILs) from the  tumors of melanoma patients. Rosenberg bathes
  175. the TILs in a solution of interleukin-2, a natural substance
  176. that invigorates them, and then exposes the TILs to
  177. re-engineered mouse leukemia retroviruses.
  178.  
  179.     Like the retrovirus used by Anderson, Rosenberg's delivery
  180. system has been made harmless and endowed by recombinant DNA
  181. techniques with a human gene. But this gene codes for tumor
  182. necrosis factor, a naturally occurring compound that attacks
  183. cancer cells. The altered viruses insert themselves and their
  184. piggyback gene into the genetic material of the TILs, which are
  185. then injected back into the bloodstream of the melanoma
  186. patients. If everything goes as planned, the activated TILs
  187. will home in on the tumors like guided missiles, attacking the
  188. cancerous cells and at the same time releasing the antitumor
  189. factor to help finish them off.
  190.  
  191.     Across the U.S., other scientists are preparing their own
  192. gene therapy experiments, some using retroviruses, others
  193. creating synthetic carriers or experimenting with chemical,
  194. electrical and even mechanical techniques to insert genes into
  195. cells. At St. Jude Children's Research Hospital in Memphis, Dr.
  196. Malcolm Brenner is working with "reporter" genes, which have
  197. no therapeutic value and are used merely as markers, in an
  198. attempt to learn more about how bone-marrow cells behave in the
  199. body and how they could best be used for gene therapy. He is
  200. seeking NIH approval to insert reporter genes into the marrow
  201. cells of children with cancer in an effort to learn why the
  202. disease recurs after remission.
  203.  
  204.     In Ann Arbor, Dr. James Wilson, a University of Michigan
  205. geneticist, is polishing a technique for introducing healthy
  206. genes into internal organs and blood vessels with genetic
  207. defects. Working with rabbits afflicted with familial
  208. hypercholesterolemia, a metabolic disorder, Wilson is trying
  209. to transfer good genes into defective hepatocytes, cells in the
  210. liver that, when functioning properly, help clear LDL
  211. cholesterol from the blood. Eschewing a retrovirus vector, he
  212. and two University of Connecticut scientists have developed a
  213. synthetic protein-DNA complex to deliver the healthy genes.
  214. Essentially a gene encapsulated by a protein, the complex zeros
  215. in on a receptor on the hepatocyte and is absorbed by the cell,
  216. which then incorporates the gene into its own DNA.
  217.  
  218.     After all the controversy that has long surrounded genetic
  219. engineering and gene therapy, reaction to last week's
  220. pioneering effort has been generally favorable. Abbey Meyers,
  221. executive director of the National Organization for Rare
  222. Disorders, was ecstatic, noting that people with genetic
  223. diseases have been waiting nearly 15 years for the first round
  224. of gene therapy experiments. "If we could find a cure for a
  225. disease with a genetic component such as diabetes," she says,
  226. "that would probably be the most important medical advance of
  227. the century, if not of all time."
  228.  
  229.     Arthur Caplan, director of the Center for Biomedical Ethics
  230. at the University of Minnesota, who has kept a close eye on
  231. genetic advances over the years, is convinced that any ethical
  232. concerns "have been adequately met. The risks are similar to
  233. those involved when you are trying any innovative, invasive
  234. procedure. I don't think there's anything special about it
  235. because it's genetic."
  236.  
  237.     Still, the gene therapy currently being practiced affects
  238. only the patients. Opposition is bound to swell again if
  239. scientists turn toward a goal that is still far off: the
  240. genetic engineering of sperm and egg cells. Such Brave New
  241. World-style manipulations would affect the genetic endowment
  242. of future generations, raise new ethical issues and pose
  243. unknown risks.
  244.  
  245.     For now, however, the promise of gene therapy appears to
  246. outweigh any potential pitfalls. And the acceptance of the new
  247. techniques is particularly sweet for longtime advocates.
  248. "Twenty years ago, you couldn't utter the phrase gene therapy
  249. without being told you were talking nonsense," says Dr.
  250. Theodore Friedmann, a molecular geneticist at the University
  251. of California, San Diego. "Now it's taken for granted that it's
  252. coming." He sees the day when doctors will be able to treat not
  253. only the thousands of diseases caused by a single faulty gene
  254. but even complex disorders like Parkinson's and Alzheimer's
  255. diseases, which are probably caused by a multitude of genes.
  256. Hyperbole? Not at all, says Friedmann. "When it comes to
  257. genetics, it's dangerous to be conservative."
  258.  
  259.     Perhaps most gratified by the week's events was Anderson.
  260. Ever since his undergraduate days at Harvard, he has been
  261. insisting that genetic disease could be cured by genetic
  262. alterations. In 1968 his paper suggesting the probability of
  263. gene therapy was rejected by the prestigious New England
  264. Journal of Medicine on the grounds that it was too speculative.
  265.  
  266. seriously is so delightful."
  267.  
  268.  
  269. ____________________________________________________________
  270. FUTURE TARGETS
  271.  
  272.  
  273.     HEMOPHILIA
  274.  
  275.     Affecting only males, hemophilia results from a genetic
  276. mutation that impairs the production of one or more factors
  277. involved in blood clotting. Hemophiliacs can inject themselves
  278. with concentrated preparations of clotting factor at the first
  279. sign of bleeding, but taking doses of cells containing normal
  280. clotting-factor genes could be an easier way of controlling
  281. the disease.
  282.  
  283.     DIABETES
  284.  
  285.     Patients are incapable of producing sufficient amounts of
  286. insulin, the hormone responsible for regulating glucose levels
  287. in the blood. Thought to be at least partially hereditary, the
  288. disease arises when insulin-secreting cells in the pancreas
  289. mysteriously begin to die. Although daily injections of
  290. insulin or, in some cases, a strict diet can control diabetes,
  291. it may be possible to treat the disease by replacing the genes
  292. involved in insulin production.
  293.  
  294.     PARKINSON'S DISEASE
  295.  
  296.     A progressive disorder of the central nervous system,
  297. Parkinson's results from the gradual degeneration of cells in
  298. the brain that produce a vital chemical called dopamine.
  299. Because an anatomical barrier prevents many substances injected
  300. into the bloodstream from entering the brain, intravenous doses
  301. of dopamine- producing cells would not be successful. Instead,
  302. researchers are trying to devise ways to graft genetically
  303. altered cells directly onto neurons in the brain.
  304.  
  305.     AIDS
  306.  
  307.     The human immunodeficiency virus that causes AIDS attacks
  308. the immune system by binding to specific sites, called CD-4
  309. receptors, on the surface of cells. By constructing a decoy
  310. containing a gene that produces soluble CD-4, scientists hope
  311. to confuse the HIV and prevent it from latching onto
  312. immune-system cells.
  313.  
  314.  
  315.  
  316.  
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.