Een gen is opgebouwd uit DNA en is het onderdeel van een cel dat de code bevat voor het maken van een eiwit. Eiwitten zijn betrokken bij alle belangrijke processen in het lichaam, en zijn essentieel voor het goed functioneren van een cel. Afwijkingen in een gen kunnen leiden tot het ontbreken van een bepaald eiwit of tot de productie van een afwijkend, ‘ziekmakend’ eiwit. Deze gendefecten kunnen dus resulteren in het disfunctioneren van een cel en het ontstaan van een specifieke ziekte.
Bij gentherapie wordt genetisch materiaal (DNA of RNA) ingebracht in cellen van een patiënt, met als doel om symptomen te verlichten of de ziekte volledig te genezen. Dit ingebrachte genetisch materiaal kan namelijk (1) een eiwit dat in een zieke cel niet of onvoldoende aanwezig is aanvullen, (2) een afwijkend eiwit vervangen door een functioneel exemplaar, (3) de productie van een bepaald ‘ziekmakend’ eiwit blokkeren of (4) juist de productie van een ‘ziekte-bestrijdend’ eiwit activeren.
Gentherapie kan een uitkomst bieden bij het behandelen van (nu nog ongeneeslijke) erfelijke ziektes. De therapie grijpt namelijk de directe oorzaak van de ziekte aan: het genetische defect.
Het inbrengen van genen in cellen kan plaatsvinden in het lichaam (in vivo), door middel van een injectie van synthetische of virale vectoren, en buiten het lichaam (ex vivo), waarna de behandelde cellen weer teruggebracht worden in de patiënt. Het simpelweg injecteren van het therapeutische gen vormt geen effectieve behandelmethode, aangezien ‘naakt’ DNA of RNA het celmembraan niet kan passeren en daardoor gendefecten in cellen niet kan herstellen. In vivo Virale vectoren Ex-vivo Elektroporatie Biolistiek
Synthetische vectoren: liposomen
Het genetische materiaal kan worden verpakt in zogeheten liposomen, die bestaan uit een kern van vloeistof omgeven door een vetachtig membraan. Daarnaast kunnen speciale eiwitten aan liposomen worden gekoppeld die de liposomen specifiek naar de zieke cellen leiden. Het gebruik van liposomen heeft daarom twee voordelen ten opzichte van het injecteren van het ‘naakte’ DNA of RNA: (1) het therapeutische gen kan efficiënter aan cellen worden afgeleverd en (2) het therapeutische gen kan gericht in de zieke cellen worden gebracht.
Virussen zijn de meest gebruikte vectoren om genetisch materiaal in het lichaam in cellen te krijgen. Virussen zijn namelijk gespecialiseerd in het binnendringen van specifieke cellen en het binnensmokkelen van hun genen, en bezitten dus van zichzelf al de eigenschappen die ideaal zijn voor een vector. Voor toepassing bij gentherapie worden de virale, ziekteverwekkende genen van een virus vervangen door het therapeutische gen. Hierdoor kan het virus op een efficiënte wijze het therapeutische gen in de specifieke cellen van de patiënt brengen, zonder zelf een virus of ziekte te veroorzaken.
De genoverdracht kan ook plaatsvinden buiten het lichaam (ex vivo). Bij deze methode worden specifieke cellen geïsoleerd uit de patiënt zelf of een donor. Het genetisch materiaal kan dan in deze cellen gebracht worden door één van de hierboven genoemde methodes, of door elektroporatie of biolistiek. De cellen die het therapeutische gen opgenomen hebben, worden geselecteerd en vervolgens weer toegediend aan de patiënt.
Normaal gesproken kan ‘naakt’ DNA of RNA niet het celmembraan passeren. Bij elektroporatie wordt een elektrisch veld toegepast, waardoor het celmembraan tijdelijk permeabel wordt en het ‘naakte’ DNA of RNA wel vrij het membraan kan passeren.
Biolistiek kan ook gebruikt worden om het therapeutische gen het celmembraan te laten passeren. Bij deze methode wordt het genetische materiaal met behulp van een zogeheten ‘genpistool’ door middel van mechanische kracht in cellen geschoten.
Wanneer virussen worden gebruikt als vector om het genetische materiaal in cellen te brengen, worden de ziekteverwekkende eigenschappen van dit virus uitgeschakeld. Dit betekent dat het virus zelf geen ziekte meer veroorzaakt. Daarnaast worden virale vectoren uitgebreid op veiligheid getest in cellen en dieren, en tenslotte in mensen voordat deze virale vectoren in werkelijkheid ook gebruikt mogen worden voor gentherapie. Op deze manier wordt het risico op bijwerkingen als gevolg van het gebruik van virale vectoren zo klein mogelijk gemaakt. In een klein aantal gevallen treedt er een afweerreactie op tegen de virale vector wat kan leiden tot koortsverschijnselen en in ernstige gevallen sepsis. Patiënten worden daarom eerst getest om te kijken of ze vatbaar zijn voor zo’n afweerreactie.
Cellen zijn de bouwstenen van het menselijk lichaam. Er zijn heel veel verschillende soorten cellen in het lichaam, met elk een eigen taak. Deze taak is afhankelijk van de samenstelling van eiwitten in een cel. Hartcellen, bijvoorbeeld, hebben andere functies dan hersencellen en hebben daarom andere eiwitten nodig. Welke eiwitten gemaakt worden in een bepaald soort cel wordt bepaald door de samenstelling van genen die ‘aan’ staan: in cellen met verschillende taken staan andere genen ‘aan’ en ‘uit’, en worden dus andere soorten eiwitten geproduceerd. Een groep cellen met dezelfde vorm en functie vormt samen een weefsel. Cellen van eenzelfde weefsel kunnen door middel van chemische signalen communiceren met elkaar en kunnen hierdoor een gemeenschappelijke taak uitvoeren. In het geval van spierweefsel is deze taak bijvoorbeeld beweging en in het geval van botweefsel is dit stevigheid. Cellen uit een bepaald weefsel kunnen daarnaast ook communiceren en samenwerken met cellen uit andere weefsels. Zulke groepen van samenwerkende weefsels vormen samen een orgaan, zoals het hart. Het kan echter voorkomen dat de cellen van een bepaald weefsel beschadigd of ziek worden. Dit kan als gevolg hebben dat deze groep cellen niet meer haar taak kan uitvoeren, waardoor een orgaan niet meer goed functioneert.
Bij celtherapie worden cellen ingebracht in een patiënt met als doel om een ziekte volledig te genezen. Een veel voorkomende oorzaak van ziektes is namelijk het afsterven of slecht functioneren van een specifiek soort cel. In dit geval kan celtherapie gebruikt worden om de ontbrekende of beschadigde cellen te vervangen. Hierbij wordt er vaak gebruikt gemaakt van een speciaal soort cellen, stamcellen, aangezien deze cellen voor een continue productie van de ontbrekende of zieke cellen kan zorgen in de patiënt. Een bekend voorbeeld van celtherapie is bloedtransfusie. Hierbij wordt bloed met witte bloedcellen, rode bloedcellen en bloedplaatjes afkomstig van een donor ingebracht in de bloedbaan van een patiënt in het geval van ernstige bloedarmoede of een lichamelijk probleem met het aanmaken van bloed.
Celtherapie kan een uitkomst bieden bij het behandelen van veel verschillende soorten ziektes. De therapie grijpt namelijk de directe oorzaak van veel ziektes aan: beschadigde of ontbrekende cellen.
Stamcellen zijn cellen die zich onbeperkt kunnen delen en zich tot minimaal één soort gespecialiseerde cel kunnen ontwikkelen. Hierbij kan onderscheid gemaakt worden tussen pluripotente en multipotente stamcellen. Pluripotente stamcellen, zoals embryonale stamcellen, zijn in staat om zich tot elk soort cel van het lichaam te ontwikkelen. Multipotente stamcellen, zoals volwassen stamcellen, kunnen alleen een beperkt aantal verschillende soorten cellen vormen (volwassen stamcellen zijn aanwezig in weefsels en organen van een volwassene om bij de beschadiging of het verlies van cellen weer nieuwe cellen te vormen).
Het doel van gen- en celtherapie is om een behandeling te ontwikkelen die levenslang effectief blijft voor de patiënt en dus tot een volledige genezing leidt. De meeste cellen in het menselijk lichaam vernieuwen zich echter al na een aantal dagen, weken of maanden, wat zou betekenen dat de therapie meerdere keren toegediend moet worden tijdens het leven van een patiënt. Stamcellen hebben een lange levensduur die zelfs de levensduur van een patiënt kan overleven en kunnen daarom in één keer tot een volledige genezing van de ziekte leiden. Een ander belangrijk voordeel is dat stamcellen zich in elk soort cel van een specifiek weefsel kunnen differentiëren en dus toepassingen hebben voor veel verschillende ziektes. Daarnaast kunnen stamcellen van de patiënt zelf gebruikt worden voor de behandeling van ziektes, wat betekent dat er minder snel een afstotingsreactie zal ontstaan.
Cellen die gebruikt worden voor celtherapie kunnen worden ingedeeld op basis van hun vermogen om in andere type cellen te veranderen. Pluripotente stamcellen Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen) zijn stamcellen die worden verkregen door het herprogrammeren van een al ontwikkelde, volwassen cel naar een pluripotente stamcel. Dit wordt gedaan met behulp van een mix van transcriptiefactoren die in hoge mate tot expressie komen in embryonale stamcellen. De verkregen iPS-cellen hebben net als de embryonale stamcellen veel toepassingsmogelijkheden, maar doordat er voor de iPS-cellen geen embryo’s nodig zijn, zijn er aan het gebruik van deze cellen geen ethische bezwaren verbonden. Daarnaast kunnen iPS-cellen gevormd worden uit cellen van een patiënt zelf, waardoor ook het risico op een afstotingsreactie wordt verkleind. Bij bovenstaand voorbeeld wordt een volwassen cel geherprogrammeerd naar een stamcel, die zich vervolgens in een ander type cel dan de oorspronkelijke volwassen cel kan specialiseren. Soms kan een volwassen cel echter direct omgevormd worden naar een ander type volwassen cel zonder een intermediaire toestand van multipotentie of pluripotentie. Dit proces wordt transdifferentiatie genoemd. Bij dit proces, wordt in volwassen cel (A) een specifieke set transcriptiefactoren die kenmerkend is voor volwassen cel (B) ingebracht. Hierdoor verandert de genexpressie en de samenstelling van eiwitten in volwassen cel (A) naar hoe dat eruit ziet in volwassen cel (B). Volwassen cel (A) krijgt dan dus het fenotype en de functionele eigenschappen van volwassen cel (B). Nucleaire transfer embryonale stamcellen worden geproduceerd door de celkern (nucleus) uit een volwassen cel van een patiënt in een eicel van een donor te plaatsen. Door deze zogeheten nucleaire transfer wordt de eicel terug geprogrammeerd naar pluripotentie. Deze pluripotente stamcel bevat dan exact dezelfde genetische informatie als de patiënt zelf, waardoor de kans op een afstotingsreactie van het afweersysteem zeer klein is. Het grootste voordeel van deze techniek is dat de gevormde nucleaire transfer embryonale stamcellen het nucleaire DNA van de patiënt bevatten, maar de mitochondria van de eicel donor. Aangezien de mitochondria essentieel zijn voor de functie en pluripotentie van een stamcel, is deze techniek vooral geschikt voor ziektes waarbij de mitochondria beschadigd of disfunctioneel zijn. Ter illustratie: in het geval van iPS-cellen zijn zowel het nucleaire DNA als dat van de mitochondria afkomstig van de patiënt. Wanneer de mitochondria in de cellen van deze patiënt beschadigd of disfunctioneel zijn, kunnen deze cellen dus niet terug geprogrammeerd worden naar pluripotente stamcellen. Nadelen van de nucleaire transfer embryonale stamcellen zijn echter dat de techniek om deze stamcellen te maken veel ingewikkelder en uitdagender is dan bij het maken van iPS-cellen en dat er een donor eicel nodig is. Parthenogenetische embryonale stamcellen zijn pluripotente stamcellen die worden verkregen uit onbevruchte eicellen. In dit geval wordt een onbevruchte eicel behandeld met bepaalde chemische stoffen die de eicel stimuleren om zich tot een embryo te ontwikkelen. Dit proces wordt parthenogenese genoemd. Uit zo’n embryo worden dan zogeheten parthenogenetische embryonale stamcellen geïsoleerd, die genetisch identiek zijn aan cellen van een vrouwelijke patiënt. Deze methode is echter nog maar in een vroeg stadium van ontwikkeling en het is nog niet bekend of cellen en weefsel die hiermee gevormd worden zich normaal ontwikkelen. Multipotente stamcellen Mesenchymale stamcellen zijn multipotente stamcellen die zich kunnen specialiseren in onder andere botweefsel, bindweefsel, spierweefsel en kraakbeenweefsel. Mesenchymale stamcellen kunnen bijvoorbeeld helpen bij het wondgenezingsproces van beschadigd weefsel of bij het vervangen en repareren van kraakbeen, bijvoorbeeld bij artrose. Deze stamcellen kunnen namelijk groeifactoren uitscheiden die de omliggende cellen aanzetten tot delen en weefsel- of kraakbeenvorming en daarnaast kunnen sommige van deze stamcellen zich daadwerkelijk ook differentiëren naar nieuwe weefsel-specifieke cellen of kraakbeencellen. Celtherapie met mesenchymale stamcellen is ook veelbelovend voor de behandeling van auto-immuunziektes, zoals type 1 diabetes, multiple sclerosis en de ziekte van Crohn, waarbij er een te heftige reactie van het afweersysteem is. Mesenchymale stamcellen kunnen namelijk de reactie van het afweersysteem onderdrukken door stoffen uit te scheiden die de activiteit van immuuncellen remmen. Ondanks dat een behandeling met mesenchymale stamcellen veelbelovend is in klinische onderzoeken, wordt er op dit moment in de praktijk nog weinig gebruik gemaakt van deze stamcellen. Neuronale stamcellen zijn multipotente stamcellen die aanwezig zijn in bepaalde delen van de hersenen en kunnen zich specialiseren in zenuwcellen in de hersenen. Doordat neuronale stamcellen alleen in de hersenen aanwezig zijn, kunnen deze echter niet veilig geïsoleerd worden uit patiënten. Daarom worden embryonale stamcellen gebruikt om neurale stamcellen te verkrijgen. Celtherapie met neuronale stamcellen kan mogelijk toegepast worden om afgestorven of beschadigde zenuwcellen in de hersenen te vervangen. In patiënten met de ziekte van Parkinson bijvoorbeeld, waarbij zenuwcellen afsterven in een bepaald deel van de hersenen, is een experimentele behandeling met neuronale stamcellen in sommige van deze patiënten effectief gebleken.
Embryonale stamcellen zijn pluripotente stamcellen afkomstig van embryo’s. In het algemeen worden embryonale stamcellen geïsoleerd uit restembryo’s van in-vitro fertilisatie (IVF). Een groot voordeel van embryonale stamcellen is dat deze zich kunnen ontwikkelen tot elk soort cel in het lichaam en daardoor veel toepassingsmogelijkheden hebben. Het gebruik van embryo’s voor het ontwikkelen van een therapie brengt echter ethische bezwaren met zich mee. Daarnaast hebben embryonale stamcellen een andere genetische achtergrond dan de cellen van de patiënt, waardoor er een aanzienlijke kans is dat de stamcellen afgestoten worden door het afweersysteem van de patiënt.
Hematopoietische stamcellen zijn multipotente stamcellen die zich kunnen ontwikkelen tot alle soorten bloedcellen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen. Deze stamcellen komen voor in het bloed, beenmerg en de navelstreng. Hematopoietische stamcellen worden veel toegepast voor de behandeling van leukemie, lymfklierkanker en beenmergkanker. Leukemie is een vorm van kanker waarbij het beenmerg te veel witte bloedcellen aanmaakt, die bovendien niet goed uitrijpen en daardoor disfunctioneel zijn. Bij een agressieve vorm van deze ziekte wordt chemotherapie gebruikt om de zieke witte bloedcellen te vernietigen, gevolgd door een transplantatie met hematopoietische stamcellen om het bloed weer van gezonde witte bloedcellen te voorzien. Ook bij lymfklierkanker en beenmergkanker ontstaat de kanker vanuit bloedvormende cellen. Hematopoietische stamcellen kunnen ook in dit geval gebruikt worden om de bloedcellen of beenmerg dat door de kanker of chemotherapie vernietigd is te vervangen.
Regeneratieve geneeskunde richt zich op het ontwikkelen van strategieën om de functies van beschadigde weefsels of organen te herstellen. Dit kan door de toediening van stamcellen die het beschadigde weefsel vervangen of door de toediening van een bepaald medicijn dat de stamcellen van het weefsel zelf aanzet tot het efficiënter herstellen van het beschadigde weefsel. Recentelijk is er ook vooruitgang geboekt in het maken van specifieke weefsels en organen buiten het lichaam in het laboratorium en in het veilig implanteren van deze weefsels in patiënten.
Gen- en celtherapie kunnen beide de onderliggende oorzaak van ziektes aanpakken door ontbrekende eiwitten of afstervende cellen aan te vullen, of door ‘ziekmakende’ eiwitten of de zieke cellen zelf te vervangen. Vaak worden deze twee therapieën gecombineerd. Het buiten het lichaam genetisch modificeren van bloedcellen en het terugbrengen van deze gemodificeerde cellen in de patiënt is zowel een vorm van celtherapie als van ex vivo gentherapie.
Verschillende ethische bezwaren kunnen ontstaan bij het ontwikkelen van een gen- of celtherapie. Wetenschappers, clinici en regelgevende instanties besteden actief aandacht aan deze ethische aspecten om zo met een oplossing te komen. 1. Hoge kosten 2. Het aanbrengen van veranderingen in het menselijk genoom Bij somatische gentherapie bestaat echter ook de kans dat het genetische materiaal per ongeluk in geslachtscellen terecht komt. Om deze kans zo klein mogelijk te maken, worden alle vectoren getest in dierexperimenten om er zeker van te zijn dat deze het therapeutische gen niet in geslachtscellen brengen. Ook wordt het sperma van mannelijke deelnemers van een klinische trial onderzocht om uit te sluiten dat het genetische materiaal veranderingen heeft aangebracht in het genoom van de geslachtscellen. 3. Het gebruik van embryonale stamcellen
Aan gen- en celtherapie zijn hoge behandelingskosten verbonden, die zelfs kunnen oplopen tot meer dan 1 miljoen euro per patiënt. Wat bij gen- en celtherapie wel in overweging moet worden genomen, is dat deze therapieën een langdurig effect hebben en mogelijk een ziekte genezen. Dit is in tegenstelling tot andere medicijnen die chronisch gebruikt moeten worden en waarvan de kosten dus opstapelen in de loop der jaren. De hoge kosten van gen- en celtherapie kunnen echter wel een reden zijn voor zorgverzekeringen om deze medicijnen niet te vergoeden. Sommige farmaceutische bedrijven willen actief bijdragen aan een oplossing voor dit probleem. Het Amerikaanse farmaceutische bedrijf Novartis, bijvoorbeeld, geeft financiële steun aan patiënten met leukemie die niet of onvoldoende verzekerd zijn om hun celtherapie Kymriah te ontvangen. Daarnaast vragen andere farmaceutische bedrijven waaronder GSK alleen maar een vergoeding voor hun medicijn als het daadwerkelijk ook werkzaam blijkt te zijn. Op de langere termijn zullen de kosten van gen- en celtherapie waarschijnlijk dalen door een geoptimaliseerde en dus goedkopere productie en door de ontwikkeling van therapieën voor een grotere patiëntengroep
Het aanbrengen van veranderingen in het menselijk genoom met nieuw genetisch materiaal roept veel bezwaren op. Bij somatische gentherapie worden gericht veranderingen aangebracht in het genetisch materiaal van lichaamscellen. Bij gentherapie van de kiembaan worden gerichte veranderingen aangebracht in het genetisch materiaal van geslachtscellen. Een groot verschil tussen deze twee vormen van gentherapie is dat de genetische veranderingen door somatisch gentherapie alleen beperkt blijven tot de patiënt, terwijl bij gentherapie van de kiembaan deze genetische veranderingen ook doorgegeven worden aan het nageslacht. Vooral over de ethiek van gentherapie van de kiembaan zijn op dit moment allerlei discussies aan de gang tussen wetenschappers, clinici, patiënten en regelgevende instanties.
Het gebruik van embryo’s als bron voor stamcellen voor celtherapie blijft een ethisch bezwaar. Het verkrijgen van stamcellen door middel van andere bronnen, zoals iPS cellen, vermindert de afhankelijkheid van embryo’s.
Een risico van gen- en celtherapie is dat de behandeling niet zo effectief is als verwacht, wat kan leiden tot het onverwachts verergeren van symptomen of tot het geven van extra complicaties door de bijwerkingen van de therapie. In het geval van gentherapie kan dit komen doordat bijvoorbeeld de expressie van het genetische materiaal in cellen onvoldoende is en in het geval van celtherapie doordat bijvoorbeeld onvoldoende cellen overleven om de ziekte volledig te genezen of te verbeteren. Bij gentherapie bestaat daarnaast het risico dat het therapeutische gen niet alleen in de zieke cellen ingebracht wordt, maar ook in andere cellen. Als dit gebeurt, kunnen gezonde cellen beschadigd raken en kan er een andere ziekte ontstaan, zoals kanker. Daarnaast kunnen door de insertie van het therapeutische gen in het genoom dichtbijgelegen genen ontregeld worden. Het therapeutische gen kan bijvoorbeeld geïntegreerd worden in het DNA naast een gen dat een rol speelt in de regulatie van celgroei, wat kan leiden tot de vorming van een tumor. Ook kunnen sommige virale vectoren in hoge doseringen wel herkend worden als ‘schadelijk’ door het afweersysteem en een sterke immuunreactie opwekken. Dit kan leiden tot ontstekingen en in ernstige gevallen orgaanfalen. Een risico van celtherapie is het verliezen van de controle over de celdelingen van stamcellen. Getransplanteerde stamcellen kunnen dan een voordeel krijgen over andere cellen met betrekking tot groei en kunnen zich ongecontroleerd gaan delen, wat kan leiden tot het ontwikkelen van kanker.
Uitdagingen voor onderzoekers op het gebied van gen- en celtherapie kunnen onderverdeeld worden op basis van de ziekte, de ontwikkeling van de therapie zelf en de financiering. 1. Uitdagingen op basis van de kenmerken van de ziekte Ondanks dat het concept van gentherapie voor genetische ziektes met slechts één gendefect relatief simpel is, zijn er alsnog uitdagingen wat betreft de therapeutische effecten van het therapeutische gen. Deze therapeutische effecten verschillen namelijk meestal per patiënt, wat kan betekenen dat in één patiënt de gentherapie de symptomen significant kan verlichten, terwijl in een andere patiënt van deze ziekte het therapeutische gen niet geheel effectief blijkt te zijn. Ook moeten bij bepaalde ziektes, zoals spierdystrofie, een zeer hoog aantal cellen gecorrigeerd worden om een daadwerkelijk therapeutisch effect te bereiken. Voor dit soort ziektes is er dan een grote uitdaging om een effectieve therapie met een effectieve aflevering te ontwikkelen. Een andere uitdaging voor gentherapie is het herstellen van het gendefect in meer dan één type cel. Dit is bijvoorbeeld het geval bij taaislijmziekte, waarbij zowel cellen in de longen als in het spijsverteringskanaal zijn aangetast. Hierdoor moet de gentherapie zo ontwikkeld worden dat het therapeutische gen in meerdere verschillende weefsels terechtkomt om een maximaal therapeutische effect te bereiken. Een andere wetenschappelijke uitdaging van gen- en celtherapie is dat de dieren die gebruikt worden als model voor een bepaalde ziekte om de therapie te testen niet helemaal representatief zijn voor deze ziekte in mensen. Daarnaast wordt er vaak in maar een zeer homogene populatie van dezelfde dieren getest (proefdieren met dezelfde genetische achtergrond), terwijl mensen natuurlijk een hele heterogene populatie zijn. Hierdoor kunnen de effecten van de therapie afwijken ten opzichte van deze in de diermodellen. Ook is het testen van celtherapie voor mensen ingewikkeld in diermodellen door afstotingsreacties van het afweersysteem. 2. Uitdagingen in de ontwikkeling van gen- en celtherapieën 3. Uitdagingen in de financiering van gen- en celtherapieën
De meeste genetische ziektes, zoals hemofilie, taaislijmziekte en de ziekte van Huntington, worden veroorzaakt door mutaties in één enkel gen. Voor dit soort genetische ziektes spreekt het concept van gentherapie voor zich, omdat er ‘slechts’ een therapeutisch gen moet worden ontwikkeld voor het specifieke gendefect. Er bestaan echter ook ziektes zoals kanker, Alzheimer, en de ziekte van Parkinson die veroorzaakt worden door een combinatie van mutaties in allerlei verschillende genen en door factoren uit de omgeving. Voor deze ziektes is het ontwikkelen van een effectieve gentherapie ingewikkeld, aangezien er verschillende gendefecten zijn, waarvan niet bekend is in welke mate deze bijdragen aan de ziekte. Daarnaast zouden er ook nog andere mutaties, die nog niet ontdekt zijn, een rol kunnen spelen in de ziekte.
Een wetenschappelijke uitdaging van gentherapie is om het therapeutische gen in de juiste cellen tot expressie te brengen, in de juiste mate en voor de gewenste tijdsduur. Dit vereist echter uitgebreid onderzoek om vast te stellen welke methode van aflevering het beste is, hoe voldoende expressie van het therapeutische gen of een voldoende aantal therapeutische cellen bereikt kan worden, en welke factoren invloed hebben op de tijdsduur van genexpressie of overleving van de cellen.
Onderzoek naar gen- en celtherapie wordt in de meeste gevallen gefinancierd door nationale gezondheidsinstituten en door particuliere stichtingen. Hoewel dit voldoende is om de kosten van veel preklinische onderzoeken te dekken, is dit veelal niet het geval voor de klinische onderzoeken. Deze klinische onderzoeken hebben namelijk hoge bijkomende kosten van bijvoorbeeld de voorbereiding van documenten voor regelgevende instanties, de (opgeschaalde) productie van het therapeutische gen of van de cellen en van het opzetten van de klinische onderzoeken zelf. Gebrek aan financiering voor klinische onderzoeken kan dan ook de reden zijn dat de ontwikkeling van sommige veelbelovende gen- en celtherapieën vertraagd wordt en vormt een grote uitdaging op het gebied van gen- en celtherapie.
De Food and Drug Administration, afgekort FDA, is de Amerikaanse overheidsinstantie die verantwoordelijk is voor het het controleren en reguleren van onder andere medicijnen. Als een nieuw medicijn, bijvoorbeeld een gen- of celtherapie, door de FDA goedgekeurd wordt, geldt deze goedkeuring echter alleen voor de Verenigde Staten en dus niet voor Nederland. Het Europees Geneesmiddelen Agentschap (EMA) is de instantie die de introductie van nieuwe medicijnen beoordeelt in Europa. Een nieuwe gen- of celtherapie moet dus door de EMA goedgekeurd worden om daadwerkelijk gebruikt te mogen worden in Europa.