Obwohl unter Gentherapie alle Behandlungen verstanden werden, die eine Genfunktion verändern, wird darunter oft das Einbauen von gesunden Genen in die Zellen einer Person verstanden, die aufgrund einer genetischen Störung einen Mangel an solchen Genen aufweist. Diese Technik wird als Geninsertion oder Geneinfügung bezeichnet.
Bei der Insertionstherapie können gesunden Gene mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) aus einer gesunden Desoxyribonukleinsäure (DNS oder DNA) hergestellt werden, die von einem Spender stammt. Derzeit verspricht die Geninsertion am ehesten Erfolg bei der Vorbeugung oder Behandlung von Krankheiten, die auf einzelne Gendefekte wie Mukoviszidose beruhen. (Siehe auch Gene und Chromosomen.)
Die Übertragung der gesunden DNS auf die Zellen einer Person kann anhand verschiedener Methoden erfolgen.
Virale Transfektion
Eine Methode verwendet bestimmte Viren, die die Fähigkeit haben, ihr genetisches Material in die menschliche DNS einzubauen. Die gesunde DNS wird mithilfe einer chemischen Reaktion in das Virus eingeführt, das dann die Zellen der Person infiziert (Transfektion) und dabei die DNS auf den Zellkern dieser Zellen überträgt.
Ein Problem bei dieser Methode der Übertragung mithilfe eines Virus besteht in den potenziellen Reaktionen auf das Virus, die einer Infektion ähneln. Ein weiteres Problem ist, dass die neue, gesunde DNS verloren gehen kann oder es ggf. nicht schafft, innerhalb einer bestimmten Zeit in die neuen Zellen einzudringen, was dann zum Wiederauftreten der genetischen Störung führt. Es kann zudem sein, dass Antikörper gegen das Virus gebildet werden, die eine ähnliche Reaktion wie beim Abstoßen eines transplantierten Organs hervorrufen können.
Liposome
Eine weitere Methode mit Geninsertion nutzt Liposome, mikroskopisch kleine Säckchen mit einer Lipidschicht (Fett). Die Liposomen können so konfiguriert werden, dass sie DNA enthalten, die von den Zellen des Patienten aufgenommen werden kann, wodurch die DNA der Liposome an den Zellkern abgegeben wird. Diese Methode funktioniert manchmal nicht, weil die Liposomen nicht in die Zellen der Person eindringen, das neue Gen nicht wunschgemäß arbeitet oder das neue Gen letztlich verloren geht.
Antisense-Technologie
Eine andere Methode ist die Gentherapie mittels Antisense-Technik. Bei der Antisense-Therapie werden keine gesunden Gene eingebaut. Stattdessen werden abnorme Gene einfach inaktiviert. Bei der Antisense-Therapie können modifizierte RNA-Moleküle mit bestimmten DNS-Abschnitten kombiniert werden, sodass die Funktionsfähigkeit der betroffenen Gene unterbunden wird. Die Antisense-Technologie wird derzeit zur Behandlung von spinalen Muskelatrophien und Duchenne-Muskeldystrophie eingesetzt. Sie wird auch als Krebstherapie und bei einigen neurologischen Erkrankungen versucht, aber diese Anwendungsfälle sind noch immer im Forschungsstadium. Die Technik scheint das Potenzial zu haben, wirkungsvoller und sicherer als die Geninsertion zu sein.
Chemische Modifikation
Ein anderer gentherapeutischer Ansatz ist die Erhöhung oder Verringerung der Aktivität bestimmter Gene mithilfe von chemischen Reaktionen in den Zellen, die die Genexpression steuern. Das Verändern einer chemischen Reaktion, genannt Methylierung, kann z. B. die Funktion eines Gens verändern, indem die Produktion bestimmter Proteine angeregt oder gehemmt oder die Produktion bestimmter Proteinarten veranlasst wird. Solche Methoden werden versuchsweise bei der Behandlung bestimmter Krebsarten getestet.
Transplantationstherapie
Die Gentherapie wird außerdem in der Transplantationschirurgie experimentell untersucht. Die Gene des transplantierten Organs werden so verändert, dass sie besser zu den Genen des Empfängers passen, was dazu führen soll, dass der Empfänger das neue Organ mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit abstößt. Daher ist es ggf. nicht erforderlich, dass der Empfänger Arzneimittel bekommt, die das Immunsystem unterdrücken, was zu schweren Nebenwirkungen führen kann. Diese Behandlung ist in der Regel jedoch bisher nicht erfolgreich.
CRISPR-CAS9
CRISPR-CAS9 steht für:Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats und CRISPR-assoziiertes Protein 9. CRISPR-CAS9 ist ein Hilfsmittel für die Genom-Editierung, mit dem ein präziser Schnitt in einen DNS-Strang gemacht werden kann, wonach der normale DNS-Reparaturprozess eingeschaltet wird, um ein neu eingefügtes Gen in die DNS zu integrieren. Diese Technik befindet sich noch in experimentellen Stadien, wurde aber im Versuch, genetische Defekte zu reparieren, bereits an mehreren menschlichen Embryonen durchgeführt.