Preboj mRNA bi lahko omogočil razvoj osebnega zdravljenja raka in genskih napak: poljska skupina znanstvenikov, nominirana za evropsko nagrado izumiteljev 2018.
- Pogoj za razvoj popolnoma prilagojene medicine z največjo možno učinkovitostjo je ponuditi terapije, prilagojene posameznim bolnikom in njihovim specifičnim boleznim, tudi na celični ravni.
To je cilj poljskih znanstvenikov: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz in njihova ekipa.
Razvili so trpežen, učinkovitejši in enostaven za izdelavo konec molekule mRNA - tako imenovani cap, ki daje navodilo celici, da proizvaja posebne beljakovine.
Tehnika, ki so jo predlagali znanstveniki, nam omogoča, da razmišljamo o medicinskih rešitvah, ki popravijo genski informacijski sistem telesa, ne da bi neposredno spremenili bolnikovo DNK.
Za svoje dosežke so bili Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz in skupina znanstvenikov z Univerze v Varšavi nominirani za finale evropske nagrade za izumitelje v kategoriji "Raziskave" 2018. Zmagovalci letošnje nagrade EPO bodo znani na slovesnosti, ki bo 7. junija v Parizu.
"Koncept, ki so ga predlagali poljski znanstveniki, lahko razširja uporabo personaliziranih zdravil, ki temeljijo na molekularni biologiji," je dejal Benoît Battistelli, predsednik urada EPO. "Ta izum odraža, kako evropske medicinske raziskave pomagajo ustvariti nove koncepte za zdravljenje raka in drugih smrtonosnih bolezni, ki bi lahko koristile milijonom ljudi."
Osebna izkušnja, ki je prispevala k razvoju personalizirane medicine
Za Jaceka Jemielityja, ki dela na področju bioorganske kemije na univerzi v Varšavi, je bilo vprašanje razvoja novih metod zdravljenja bolezni, kot je rak, še posebej pomembno.
Medtem ko je njegova ekipa raziskovala razvoj stabilnejše, kemično spremenjene mRNA kot nosilca zdravila, je njegova hči razvila levkemijo.
"Veliko časa sem preživela v bolnišnici, kjer sem videla veliko otrok, ki so se borili za svoje življenje," pravi Jemielity. "Njena bolezen je bila izjemno pomembna motivacija za moje delo."
In čeprav je hči znanstvenika v celoti okrevala, vsako leto diagnosticirajo več kot 10 milijonov novih primerov različnih oblik raka.
Rak je v vseh oblikah drugi najpogostejši vzrok smrti na svetu. Standardni načini zdravljenja, kot so kirurgija, radioterapija in kemoterapija, znatno napredujejo.
Vendar pa je dejstvo, da lahko po ocenah dva od petih ljudi v celotnem življenju razvijeta raka in posledični ogromni finančni stroški ter vpliv na življenje bolnikov, postalo raziskovanje novih konceptov zdravljenja raka medicinska prednostna naloga.
Obetavna smer zdravljenja je področje personalizirane medicine, ki ponuja terapije na podlagi pacientove DNK.
Cilj je razumeti genetski vzrok bolezni bodisi z lociranjem področij DNA, ki so privedla do njenega razvoja, bodisi z iskanjem genske mutacije, odgovorne za nenormalno rast celic, značilnih za raka.
Nov koncept modifikacije mRNA
Človeška DNA vsebuje približno 20.000 genov, ki vsebujejo navodila za izdelavo beljakovin, encimov in drugih delcev, ki sestavljajo telo.
Spremembe DNK pa so tako drage, težke in tvegane, da je bilo do danes odobrenih le nekaj genskih terapij.
Večinoma temeljijo na spremenjenih retrovirusih, ki lahko zdrsnejo skozi obrambne mehanizme celic in vnesejo nove informacije neposredno v celično jedro.
Precej manj invaziven pristop je osredotočiti se na način, kako se informacije, zapisane v DNK, prenesejo v celične ribosome, kjer se izvajajo ukazi za proizvodnjo beljakovin, kodirani v DNK.
Za prenos teh informacij so odgovorne molekule, imenovane messenger RNA (mRNA). V naravi je kratkotrajna, zato človeški encimi in beljakovine običajno razgradijo katero koli spremenjeno mRNA, vstavljeno od zunaj, preden je ribosomu sporočil predvideni terapevtski učinek.
Na podlagi raziskav, ki so se začele štiri desetletja prej, sta Jemielity in njegova ekipa predlagala drugačen pristop, s poudarkom na občutljivih strukturah na koncu vsake molekule mRNA, znani kot 5 'kapica. "Struktura pokrovčka je zelo pomembna za presnovo mRNA, saj se brez nje mRNA zelo hitro razgradi in ne more opravljati svojih funkcij. Pokrovček torej ščiti mRNA pred razgradnjo. '
Raziskovalna skupina je spremenila enega od približno 80.000 atomov tipične molekule mRNA, tako da je atom kisika zamenjala z atomom žvepla. Na ta način je bila ustvarjena sintetična kapica mRNA.
Patentirani izum - imenovan Beta-S-ARCA - je privedel do ustvarjanja stabilne mRNA, petkrat učinkovitejše in trikrat bolj stabilne v celici kot naravno prisotna molekula, kar je odprlo pot za razvoj terapij, ki temeljijo na mRNA.
Od laboratorija do trga
Po začetku evropskega patentnega postopka leta 2008 je skupina ustanovila partnerstvo z BioNTech z Univerze v Mainzu (Nemčija), ki je specializirana za genske terapije.
Začetna klinična preskušanja z uporabo pokrovčkov mRNA, ki jih je razvila ekipa UW, so se začela dve leti kasneje. Leta 2013 je BioNTech licenciral stabilno tehnologijo mRNA najpomembnejšim farmacevtskim podjetjem, vključno s francosko družbo Sanofi S.A. in Genetech Inc.
Julija 2017 je BioNTech objavil obetavne rezultate prvih preskusov na ljudeh za personalizirano cepivo proti raku na osnovi mRNA z uporabo pokrovčkov, ki so jih razvili Jemielity in njegova ekipa.
Osem od 13 udeležencev študije, ki so imeli regresivne ponovitve melanoma, v 23 mesecih študije ni imelo rakavih celic.
V nasprotju s tem se je eden od ostalih petih ljudi, ki so razvili nove tumorje, zmanjšal.
Študijsko cepivo, ki ga je mogoče prilagoditi tudi za zdravljenje drugih vrst raka, temelji na zaporedju DNK pacientovega tumorja in primerjavi z normalnim tkivom.
Ko je mutacija prepoznana, se v pacientovo telo vbrizga umetno spremenjena mRNA, ki imunskemu sistemu omogoča zaznavanje in uničenje rakavih celic.
BionTech načrtuje testiranje te tehnologije v povezavi z zdravilom proti raku, imenovanim Tecentriq.
Raziskovalna skupina
Že v osemdesetih letih prejšnjega stoletja so bili zaposleni na univerzi v Varšavi daleč pred svojimi kolegi, ki so se ukvarjali s stabilizacijo mRNA, že dolgo preden je to veljalo za strukturni element, ki bi ga lahko uporabili pri reševalnih terapijah.
Edward Darżynkiewicz, izkušeni član ekipe, je leta 1970 magistriral in leta 1976 na Univerzi v Varšavi zagovarjal doktorsko disertacijo iz organske kemije, od leta 2009 pa je na Univerzi v Varšavi delal kot redni profesor fizike.
Je vodja Laboratorija za gensko ekspresijo na Oddelku za fiziko na Univerzi v Varšavi in Interdisciplinarnega laboratorija za molekularno biologijo in biofiziko pri Centru za nove tehnologije na Univerzi v Varšavi.
Leta 2015 je prejel medaljo Leon Marchlewski za izjemne dosežke na področju biokemije in biofizike. Je soavtor 208 znanstvenih publikacij, treh evropskih patentov in enega ameriškega patenta.
Jacek Jemielity od leta 2013 deluje tudi v Centru za nove tehnologije na univerzi v Varšavi kot profesor organske kemije in trenutno opravlja funkcijo vodje tamkajšnjega laboratorija za organsko kemijo.
Je avtor treh evropskih patentov in skoraj 100 znanstvenih publikacij. Za svoje znanstvene dosežke je prejel nagrado rektorja Univerze v Varšavi in nagrado Fakultete za fiziko Univerze v Varšavi.
Joanna Kowalska je docentka na Fakulteti za fiziko na Oddelku za biofiziko Univerze v Varšavi od leta 2011. Trenutno je tudi vodja projekta.
Joanna je avtorica več kot 50 znanstvenih del in treh evropskih patentov. Prejela je nagrado rektorja Univerze v Varšavi, nagrado Fizikalne fakultete Univerze v Varšavi in nagrado prof. Pieńkowski.
Leta 2018 so bili Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz in njihova ekipa za svoje izume nagrajeni tudi z ekonomsko nagrado predsednika Poljske v kategoriji "Raziskave in razvoj".
