Η ανακάλυψη του mRNA θα μπορούσε να επιτρέψει την ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπειών για καρκίνο και γενετικά ελαττώματα: Πολωνική ομάδα επιστημόνων που διορίστηκε για το βραβείο European Inventor 2018.
- Η προϋπόθεση για ένα πλήρως εξατομικευμένο φάρμακο με μέγιστη αποτελεσματικότητα είναι να προσφέρει θεραπείες προσαρμοσμένες σε μεμονωμένους ασθενείς και τις συγκεκριμένες ασθένειές τους, επίσης σε κυτταρικό επίπεδο.
Αυτός είναι ο στόχος των Πολωνών επιστημόνων: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz και η ομάδα τους.
Έχουν αναπτύξει ένα ανθεκτικό, πιο αποτελεσματικό και εύκολο στην παραγωγή άκρο του μορίου mRNA - το λεγόμενο καπάκι, το οποίο λέει στο κύτταρο να παράγει συγκεκριμένες πρωτεΐνες.
Η τεχνική που προτείνουν οι επιστήμονες μας επιτρέπει να σκεφτόμαστε ιατρικές λύσεις που διορθώνουν το γενετικό σύστημα πληροφοριών του σώματος χωρίς να πραγματοποιούνται άμεσες αλλαγές στο DNA του ασθενούς.
Για τα επιτεύγματά τους, οι Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz και μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας προτάθηκαν για τους τελικούς του ευρωπαϊκού βραβείου εφευρέτη του 2018 στην κατηγορία "Έρευνα". Οι νικητές του φετινού βραβείου EPO θα ανακοινωθούν σε μια τελετή που θα πραγματοποιηθεί στις 7 Ιουνίου στο Παρίσι.
"Η ιδέα που πρότειναν οι Πολωνοί επιστήμονες θα μπορούσε να επεκτείνει τη χρήση εξατομικευμένης ιατρικής με βάση τη μοριακή βιολογία", δήλωσε ο Benoît Battistelli, πρόεδρος της EPO. "Αυτή η εφεύρεση αντικατοπτρίζει τον τρόπο με τον οποίο η ευρωπαϊκή ιατρική έρευνα βοηθά στη δημιουργία νέων ιδεών για τη θεραπεία του καρκίνου και άλλων θανατηφόρων ασθενειών που θα μπορούσαν ενδεχομένως να ωφελήσουν εκατομμύρια ανθρώπους."
Μια προσωπική εμπειρία που συνέβαλε στην ανάπτυξη εξατομικευμένων φαρμάκων
Για τον Jacek Jemielity, ο οποίος εργάζεται στη βιολογική οργανική χημεία στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας, το ζήτημα της ανάπτυξης νέων μεθόδων αντιμετώπισης ασθενειών όπως ο καρκίνος ήταν ιδιαίτερης σημασίας.
Ενώ η ομάδα του ερευνά την ανάπτυξη ενός πιο σταθερού, χημικά τροποποιημένου mRNA ως φορέα φαρμάκων, η κόρη του ανέπτυξε λευχαιμία.
«Πέρασα πολύ χρόνο στο νοσοκομείο όπου είδα πολλά παιδιά να αγωνίζονται για τη ζωή τους», λέει η Jemielity. "Η ασθένειά της ήταν ένα εξαιρετικά σημαντικό κίνητρο για τη δουλειά μου."
Και παρόλο που η κόρη του επιστήμονα έχει αναρρώσει πλήρως, κάθε χρόνο διαγιγνώσκονται περισσότερα από 10 εκατομμύρια νέες περιπτώσεις διαφόρων μορφών καρκίνου.
Ο καρκίνος, σε όλες τις μορφές του, είναι η δεύτερη κύρια αιτία θανάτου στον κόσμο. Οι τυπικές θεραπείες όπως η χειρουργική επέμβαση, η ακτινοθεραπεία και η χημειοθεραπεία σημειώνουν σημαντική πρόοδο.
Ωστόσο, το γεγονός ότι, σύμφωνα με εκτιμήσεις, δύο στους πέντε ανθρώπους μπορούν να αναπτύξουν καρκίνο καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής τους, και το επακόλουθο τεράστιο οικονομικό κόστος και αντίκτυπο στη ζωή των ασθενών, έχουν κάνει την έρευνα για νέες θεραπείες για τον καρκίνο προτεραιότητα στην ιατρική.
Μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση της θεραπείας είναι ο τομέας της εξατομικευμένης ιατρικής, που προσφέρει θεραπείες με βάση το DNA του ασθενούς.
Ο στόχος είναι να κατανοήσουμε τη γενετική αιτία της νόσου, είτε εντοπίζοντας τις περιοχές του DNA που οδήγησαν στην ανάπτυξή της, είτε βρίσκοντας τη γενετική μετάλλαξη υπεύθυνη για την ανώμαλη κυτταρική ανάπτυξη που χαρακτηρίζει τον καρκίνο.
Μια νέα ιδέα της τροποποίησης mRNA
Το ανθρώπινο DNA περιέχει περίπου 20.000 γονίδια που περιέχουν οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών, ενζύμων και άλλων σωματιδίων που αποτελούν το σώμα.
Ωστόσο, η πραγματοποίηση αλλαγών στο DNA είναι τόσο δαπανηρή, δύσκολη και επικίνδυνη που μέχρι σήμερα έχουν εγκριθεί λίγες γονιδιακές θεραπείες.
Βασίζονται κυρίως σε τροποποιημένους ρετροϊούς που μπορούν να περάσουν μέσω των κυτταρικών μηχανισμών άμυνας και να εισαγάγουν νέες πληροφορίες απευθείας στον πυρήνα των κυττάρων.
Μια πολύ λιγότερο επεμβατική προσέγγιση είναι να εστιάσουμε στον τρόπο με τον οποίο οι πληροφορίες που γράφονται στο DNA μεταφέρονται στα ριβοσώματα του κυττάρου, όπου εκτελούνται οι εντολές παραγωγής πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται στο DNA.
Τα μόρια που αναφέρονται ως messenger RNA (mRNA) είναι υπεύθυνα για τη μετάδοση αυτών των πληροφοριών. Έχει βραχύβια φύση, επομένως τα ανθρώπινα ένζυμα και οι πρωτεΐνες έχουν γενικά αποικοδομήσει οποιοδήποτε τροποποιημένο εξωτερικό mRNA προτού μεταδώσει το επιδιωκόμενο θεραπευτικό αποτέλεσμα στο ριβόσωμα.
Με βάση την έρευνα που ξεκίνησε τέσσερις δεκαετίες νωρίτερα, ο Jemielity και η ομάδα του πρότειναν μια διαφορετική προσέγγιση, εστιάζοντας στις ευαίσθητες δομές στο τέλος κάθε μορίου mRNA, γνωστό ως 5 'καπάκι. «Η δομή του καλύμματος είναι πολύ σημαντική για το μεταβολισμό του mRNA, γιατί χωρίς αυτό, το mRNA διασπάται πολύ γρήγορα και δεν μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες του. Επομένως, το πώμα προστατεύει το mRNA από την υποβάθμιση. "
Η ερευνητική ομάδα άλλαξε ένα από τα περίπου 80.000 άτομα ενός τυπικού μορίου mRNA αντικαθιστώντας το άτομο οξυγόνου με ένα άτομο θείου. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργήθηκε ένα συνθετικό καπάκι mRNA.
Η κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας εφεύρεση - που ονομάζεται Beta-S-ARCA - οδήγησε στη δημιουργία ενός σταθερού mRNA, πέντε φορές πιο αποτελεσματικό και τρεις φορές πιο σταθερό στο κύτταρο από ένα φυσικό μόριο, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη θεραπειών που βασίζονται σε mRNA.
Από το εργαστήριο στην αγορά
Μετά την έναρξη της διαδικασίας ευρωπαϊκού διπλώματος ευρεσιτεχνίας το 2008, η ομάδα δημιούργησε μια συνεργασία με την BioNTech από το Πανεπιστήμιο του Mainz (Γερμανία), η οποία ειδικεύεται στις γονιδιακές θεραπείες.
Οι αρχικές κλινικές δοκιμές με χρήση καλυμμάτων mRNA που αναπτύχθηκαν από την ομάδα UW ξεκίνησαν δύο χρόνια αργότερα. Το 2013, η BioNTech χορήγησε άδεια για σταθερή τεχνολογία mRNA στις πιο σημαντικές φαρμακευτικές εταιρείες, συμπεριλαμβανομένης της γαλλικής Sanofi S.A. και Genetech Inc.
Τον Ιούλιο του 2017, η BioNTech δημοσίευσε πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα των πρώτων ανθρώπινων δοκιμών για ένα εξατομικευμένο εμβόλιο καρκίνου που βασίζεται σε mRNA χρησιμοποιώντας καλύμματα που αναπτύχθηκαν από τον Jemielity και την ομάδα του.
Οκτώ από τους 13 συμμετέχοντες στη μελέτη που είχαν υποτροπιάζουσες υποτροπές μελανώματος δεν είχαν καρκινικά κύτταρα κατά τη διάρκεια των 23 μηνών της μελέτης.
Αντιθέτως, ένας από τους άλλους πέντε ανθρώπους που ανέπτυξαν νέους όγκους έδειξε συρρίκνωση του όγκου.
Το εμβόλιο της μελέτης, το οποίο μπορεί επίσης να προσαρμοστεί για τη θεραπεία άλλων τύπων καρκίνου, βασίζεται στην αλληλούχιση του DNA του όγκου του ασθενούς και στη σύγκριση του με αυτό του φυσιολογικού ιστού.
Μετά την ταυτοποίηση της μετάλλαξης, εγχέεται τεχνητά τροποποιημένο mRNA στο σώμα του ασθενούς, επιτρέποντας στο ανοσοποιητικό σύστημα να ανιχνεύσει και να καταστρέψει καρκινικά κύτταρα.
Η BionTech σχεδιάζει να δοκιμάσει αυτήν την τεχνολογία σε συνδυασμό με ένα αντικαρκινικό φάρμακο που ονομάζεται Tecentriq.
Ερευνητική ομάδα
Ήδη στη δεκαετία του 1980, οι υπάλληλοι του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας ήταν πολύ μπροστά από τους συναδέλφους τους που ασχολούνται με τη σταθεροποίηση mRNA, πολύ πριν θεωρηθεί ένα δομικό στοιχείο που θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί σε θεραπείες που σώζουν τη ζωή τους.
Ο Edward Darżynkiewicz, έμπειρο μέλος της ομάδας, απέκτησε το μεταπτυχιακό του το 1970 και υπερασπίστηκε τη διδακτορική του διατριβή στη βιολογική χημεία στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας το 1976 και από το 2009 εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας ως πλήρης καθηγητής φυσικής.
Είναι επικεφαλής του εργαστηρίου έκφρασης γονιδίων στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας και του Διεπιστημονικού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας και Βιοφυσικής στο Κέντρο Νέων Τεχνολογιών στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας.
Το 2015, του απονεμήθηκε το μετάλλιο Leon Marchlewski για εξαιρετικά επιτεύγματα στη βιοχημεία και τη βιοφυσική. Είναι συν-συγγραφέας 208 επιστημονικών δημοσιεύσεων, τριών ευρωπαϊκών διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και ενός διπλώματος ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ.
Ο Jacek Jemielity εργάζεται επίσης στο Κέντρο Νέων Τεχνολογιών στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας ως καθηγητής οργανικής χημείας από το 2013 και σήμερα είναι επικεφαλής του Εργαστηρίου Οργανικής Χημείας εκεί.
Είναι συγγραφέας τριών ευρωπαϊκών διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και σχεδόν 100 επιστημονικών δημοσιεύσεων. Για τα επιστημονικά του επιτεύγματα έλαβε το Βραβείο του Πρύτανη του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας και το Βραβείο της Σχολής Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας.
Η Joanna Kowalska είναι επίκουρη καθηγήτρια στη Σχολή Φυσικής στο Τμήμα Βιοφυσικής του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας από το 2011. Επί του παρόντος, είναι επίσης υπεύθυνος έργου.
Η κα Joanna είναι συγγραφέας περισσότερων από 50 επιστημονικών έργων και τριών ευρωπαϊκών διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας. Έλαβε το βραβείο πτυχίου του πρύτανη του πρύτανη του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας, το βραβείο της Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας και το βραβείο του καθηγητή Pieńkowski.
Το 2018, οι Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz και η ομάδα τους τιμήθηκαν επίσης για τις εφευρέσεις τους με το Οικονομικό Βραβείο του Προέδρου της Πολωνίας στην κατηγορία "Έρευνα και Ανάπτυξη".
