Gene therapy is a discipline striving for the application of up-to-date knowledge and methods into a clinical practice. It comprises methodological approaches of molecular biology and genetic engineering and also understandings from genetics, immunology, biochemistry, virology, oncology, and other biological and medical fields. In a general part of the course, principles, mechanisms, and potential usage of gene therapy will be explained as well as gene transfer and ethical problems associated with gene therapy. Another part of the course will be focused on the utilization of gene therapy in oncology and the description of main anti-tumor therapeutic procedures. Finally, students will prepare short presentations (about 10 min) about the development of gene therapy for selected non-malignant diseases.
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (01.11.2021)
Genová terapie je obor usilující o aplikaci moderních poznatků a metodik do klinické praxe. Prolínají se v ní
metodické přístupy molekulární biologie a genového inženýrství s poznatky genetiky, imunologie, biochemie,
virologie, onkologie a dalších biologických a lékařských oborů. V obecné části kurzu budou probrány principy,
mechanismy a možnosti využití genové terapie, metody vnášení genetického materiálu a etické problémy spojené
s genovou terapií. Další část kurzu pak bude zaměřena na využití genové terapie v onkologii, kdy budou
podrobněji popsány hlavní léčebné přístupy. Na poslední část kurzu si studenti připraví krátké prezentace (cca 10
min), ve kterých popíšou podle zadané osnovy vývoj genové terapie u vybraného nemaligního onemocnění.
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (01.11.2021)
eBook ISBN 978-88-470-1643-9, Hardcover ISBN 978-88-470-1642-2, Softcover ISBN 978-88-470-5555-1, DOI 10.1007/978-88-470-1643-9
Wolfgang Walther (ed.): Current Strategies in Cancer Gene Therapy, Springer International Publishing, 2016
Hardcover ISBN 978-3-319-42932-8, eBook ISBN 978-3-319-42934-2, DOI 10.1007/978-3-319-42934-2
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (24.05.2019)
Requirements to the exam -
Outline of student presentations
1. Disease characterization and frequency.
2. Standard therapy and its efficacy.
3. Therapeutic gene/genetic material (including regulatory sequences)
4. Delivery methods
5. Preclinical examination (model)
6. Clinical trials
This presentation is a prerequisite for examination.
Examination
A written test composed of 50 questions (20 multiple choice questions, 20 questions requiring short answers).
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (26.07.2023)
OSNOVA pro prezentace studentů:
1. Charakteristika onemocnění a jeho výskyt. 2. Standardní léčba a její účinnost. 3. Terapeutický gen/genetický materiál (včetně regulačních sekvencí). 4. Metody vnášení. 5. Preklinické testování (model). 6. Klinické zkoušky.
Přednesení prezentace je podmínkou pro připuštění ke zkoušce.
ZKOUŠKA
Písemný test (80 min)
20 otázek s volbou 1 správné odpovědi ze 3 možností – 1 bod za správně zodpovězenou otázku
20 otázek na doplnění krátké odpovědi - 10 otázek hodnoceno 2 body
- 10 otázek hodnoceno 3 body
Klasifikace testu
70-60 bodů výborně
59-49 bodů velmi dobře 59-56 bodů možnost vylepšení u ústní zkoušky
48-38 bodů dobře 48-45 bodů možnost vylepšení u ústní zkoušky
37-0 bodů neprospěl/a 37-35 bodů možnost vylepšení u ústní zkoušky
Výsledek testu je možné u ústní zkoušky vylepšit o jeden stupeň.
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (26.07.2023)
Syllabus -
I. General part Principles, mechanisms and possibilities of gene therapy; ethical problems Types of therapeutic nucleic acids (NA) - genes encoding proteins - non-coding NA (oligonucleotides, catalytic NA, regulatory NA, aptamers) Delivery of genetic material - viral (retroviruses, adenoviruses, herpetic viruses, adeno-associated viruses) - non-viral - physical (electroporation, sonoporation, biolistic delivery) - chemical (liposomes, polymers) Gene editing
II. Gene therapy of tumors Regulation of gene expression Immunotherapy - modified T lymphocytes (TCR, CAR) - vaccines - DNA and RNA vaccines, recombinant viruses, cell vaccines Suicide genes Oncolytic viruses
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (24.10.2019)
I. Obecná část Principy, mechanismy a možnosti využití genové terapie; etické problémy Typy terapeutických nukleových kyselin (NK) - geny kódující proteiny - nekódující NK (oligonukleotidy, katalytické NK, regulační RNA, aptamery) Metody vnášení genetického materiálu - virové (retroviry, adenoviry, herpetické viry, adeno-asociované viry) - nevirové - fyzikální (elektroporace, sonoporace, biolistický přenos) - chemické (lipozomy, polymery) Editování genů
II. Genová terapie nádorů Regulace genové exprese Imunoterapie - modifikované lymfocyty T – TCR, CAR - vakcíny – DNA a RNA, rekombinantní viry, buněčné vakcíny Sebevražedné geny Onkolytické viry
III. Genová terapie nemaligních onemocnění – prezentace studentů Hematopoietické kmenové buňky Neurodegenerativní onemocnění Svalové dystrofie Kardiovaskulární onemocnění Virové infekce Oční onemocnění Onemocnění jater Onemocnění plic
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (02.10.2018)
Learning outcomes -
After successfully completing the course, students will:
·Define the concept of gene therapy, describe its principles, mechanisms of action, and main applications in clinical practice; list the basic ethical issues associated with gene therapy and the possibilities for misuse.
·List the main types of therapeutic nucleic acids and describe their structure, mechanism of action, and typical areas of application.
·Categorize viral and non-viral methods of introducing genetic material into cells; compare the main groups of viral vectors with regard to cell tropism, insertion capacity, integration behavior, and safety; distinguish between physical and chemical methods of non-viral introduction and explain the main mechanisms used.
·Explain the principle of pseudotyping viral vectors, self-complementary AAV, and basic strategies for constructing viral vectors and preparing production cell lines for their amplification.
·Explain the main approaches to gene editing; distinguish between NHEJ and HDR as the main mechanisms of DNA break repair and interpret their implications for gene editing; describe the components and mechanism of action of the CRISPR/Cas9 system and Cas9 mutation variants; explain the concept and possibilities of base editing.
·Explain the principle of gene expression regulation using RNA interference, miRNA, and lncRNA, and list the possibilities for their use in gene therapy.
·Evaluate the main risks and safety aspects of gene therapy and justify the need to regulate the expression of introduced genes; propose strategies to minimize these risks.
·Give examples of genes that can be specifically modified in cancer; classify individual approaches to cancer immunotherapy that can be classified as gene therapy.
·Categorize suicide genes and give examples and mechanisms of their effects; explain the mechanism of the bystander effect and compare different combinations of suicide enzyme/substrate in terms of the bystander effect and effect on non-dividing cells.
·Describe the basic types of oncolytic viruses and their structural modifications leading to selective replication in tumor cells; list the mechanisms of their antitumor effect and suggest ways to increase their selectivity and efficacy.
·Define the basic types of antitumor vaccines that fall under gene therapy, describe their construction, mechanism of immune response induction, and possible forms of application; compare the advantages and disadvantages of DNA and RNA vaccines, and suggest ways to increase the effectiveness of DNA vaccination.
·Describe the structure and function of chimeric antigen receptors (CARs) and synthetic Notch receptors; explain the mechanisms of the antitumor effect of CAR-T/TCR-T cells and analyze the main risks and complications of these therapies, including ways to reduce toxicity and prevent pairing of endogenous and foreign TCR chains.
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (19.12.2025)
Po úspěšném absolvování předmětu student:
·Definuje pojem genová terapie, popíše její principy, mechanismy účinku a hlavní možnosti využití v klinické praxi; uvede základní etické problémy spojené s genovou terapií a možnosti zneužití.
·Vyjmenuje hlavní typy terapeutických nukleových kyselin a popíše jejich strukturu, mechanismus účinku a typické oblasti použití.
·Kategorizuje virové a nevirové metody vnášení genetického materiálu do buněk; porovná hlavní skupiny virových vektorů s ohledem na buněčný tropismus, inserční kapacitu, integrační chování a bezpečnost; rozliší fyzikální a chemické metody nevirového vnášení a vysvětlí hlavní využívané mechanismy.
·Vysvětlí princip pseudotypování virových vektorů, self‑complementary AAV a základní strategie konstrukce virových vektorů a přípravy produkčních buněčných linií pro jejich pomnožení.
·Vysvětlí hlavní přístupy pro editování genů; rozliší NHEJ a HDR jako hlavní mechanismy opravy zlomů DNA a interpretuje jejich důsledky pro editování genů; popíše složky a mechanismus účinku systému CRISPR/Cas9 a mutační varianty Cas9; vysvětlí koncept a možnosti využití editování bází.
·Vysvětlí princip regulace genové exprese pomocí RNA interference, miRNA a lncRNA a uvede možnosti jejich využití pro genovou terapii.
·Zhodnotí hlavní rizika a bezpečnostní aspekty genové terapie a zdůvodní nutnost regulace exprese vnášených genů; navrhne strategie, jak tato rizika minimalizovat.
·Uvede příklady genů, které lze cíleně modifikovat u nádorových onemocnění; klasifikuje jednotlivé přístupy imunoterapie nádorů, které lze zařadit mezi genovou terapii.
·Kategorizuje sebevražedné geny a uvede jejich příklady a mechanismy účinků; vysvětlí mechanismus bystander efektu a porovná různé kombinace sebevražedný enzym/substrát z hlediska bystander efektu a účinku na nedělící se buňky.
·Popíše základní typy onkolytických virů a jejich konstrukční modifikace vedoucí k selektivní replikaci v nádorových buňkách; uvede mechanismy jejich protinádorového účinku a navrhne způsoby, jak zvýšit jejich selektivitu a účinnost.
·Definuje základní typy protinádorových vakcín, které spadají do genové terapie, popíše jejich konstrukci, mechanismus indukce imunitní odpovědi a možné formy aplikace; porovná výhody a nevýhody DNA a RNA vakcín a navrhne možnosti zvýšení účinnosti DNA vakcinace.
·Popíše strukturu a funkci chimerického antigenního receptoru (CAR) a syntetického receptoru Notch; vysvětlí mechanismy protinádorového účinku CAR‑T/TCR‑T buněk a analyzuje hlavní rizika a komplikace těchto terapií včetně možností, jak omezit toxicitu a zabránit párování endogenních a cizorodých řetězců TCR.
Last update: Šmahel Michal, RNDr., Ph.D. (19.12.2025)
