Prelom mRNA by mohol umožniť vývoj personalizovanej liečby rakoviny a genetických defektov: poľský tím vedcov nominovaný na cenu European Inventor Award 2018.
- Predpokladom pre plne personalizovaný liek s maximálnou účinnosťou je ponúkať terapie prispôsobené jednotlivým pacientom a ich konkrétnym chorobám, a to aj na bunkovej úrovni.
To je cieľom poľských vedcov: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz a ich tím.
Vyvinuli odolný, efektívnejší a ľahko produkovateľný koniec molekuly mRNA - tzv čiapka, ktorá bunke hovorí, aby produkovala špecifické proteíny.
Technika navrhnutá vedcami nám umožňuje premýšľať o lekárskych riešeniach, ktoré korigujú genetický informačný systém tela bez priamych zmien v pacientovej DNA.
Za svoje úspechy boli Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz a tím vedcov z Varšavskej univerzity nominovaní na finále Európskej ceny vynálezcov za rok 2018 v kategórii „Výskum“. Laureáti tohtoročnej ceny EPO budú vyhlásení na slávnostnom ceremoniáli, ktorý sa uskutoční 7. júna v Paríži.
„Koncept navrhnutý poľskými vedcami môže rozšíriť použitie personalizovanej medicíny založenej na molekulárnej biológii,“ uviedol Benoît Battistelli, prezident EPO. „Tento vynález odráža to, ako európsky lekársky výskum pomáha vytvárať nové koncepcie liečby rakoviny a iných smrteľných chorôb, ktoré by potenciálne mohli byť prospešné pre milióny ľudí.“
Osobná skúsenosť, ktorá prispela k rozvoju personalizovanej medicíny
Pre Jaceka Jemielityho, ktorý pracuje v bioorganickej chémii na varšavskej univerzite, mala osobitný význam otázka vývoja nových metód liečby chorôb, ako je rakovina.
Zatiaľ čo jeho tím skúmal vývoj stabilnejšej, chemicky modifikovanej mRNA ako nosiča liekov, u jeho dcéry sa vyvinula leukémia.
„Strávil som veľa času v nemocnici, kde som videl veľa detí bojovať o život,“ hovorí Jemielity. „Jej choroba bola pre moju prácu mimoriadne dôležitou motiváciou.“
A hoci sa dcéra vedca úplne uzdravila, každý rok sa diagnostikuje viac ako 10 miliónov nových prípadov rôznych foriem rakoviny.
Rakovina je vo všetkých svojich formách druhou najčastejšou príčinou smrti na svete. Štandardné spôsoby liečby, ako je chirurgický zákrok, rádioterapia a chemoterapia, dosahujú výrazný pokrok.
Skutočnosť, že podľa odhadov sa u dvoch z piatich ľudí môže vyvinúť rakovina počas celého života, a z toho vyplývajúce obrovské finančné náklady a dopad na život pacientov, však urobili z výskumu novej liečby rakoviny prioritu v medicíne.
Sľubným smerom liečby je oblasť personalizovanej medicíny, ktorá ponúka terapie založené na pacientovej DNA.
Cieľom je porozumieť genetickej príčine choroby, a to buď lokalizáciou oblastí DNA, ktoré viedli k jej rozvoju, alebo nájdením genetickej mutácie zodpovednej za abnormálny rast buniek typických pre rakovinu.
Nový koncept modifikácie mRNA
Ľudská DNA obsahuje asi 20 000 génov, ktoré obsahujú pokyny na výrobu bielkovín, enzýmov a iných častíc, ktoré tvoria telo.
Uskutočňovanie zmien v DNA je však také nákladné, ťažké a riskantné, že do dnešného dňa bolo schválených len málo génových terapií.
Sú väčšinou založené na modifikovaných retrovírusoch, ktoré môžu prekĺznuť cez obranné mechanizmy bunky a vnášať nové informácie priamo do bunkového jadra.
Oveľa menej invazívnym prístupom je zamerať sa na spôsob prenosu informácií napísaných v DNA do ribozómov bunky, kde sa vykonávajú príkazy produkcie proteínov zakódované v DNA.
Za prenos týchto informácií sú zodpovedné molekuly označované ako messenger RNA (mRNA). Má krátkodobú povahu, takže ľudské enzýmy a proteíny do značnej miery degradovali akúkoľvek modifikovanú externe vloženú mRNA predtým, ako oznámila zamýšľaný terapeutický účinok ribozómu.
V nadväznosti na výskum, ktorý sa začal o štyri desaťročia skôr, Jemielity a jeho tím navrhli iný prístup zameraný na jemné štruktúry na konci každej molekuly mRNA, známe ako 5 'čiapočka. „Štruktúra čiapočky je pre metabolizmus mRNA veľmi dôležitá, pretože bez nej sa mRNA veľmi rýchlo odbúrava a nemôže vykonávať svoje funkcie. Kryt preto chráni mRNA pred degradáciou. ““
Vedecký tím zmenil jeden z približne 80 000 atómov typickej molekuly mRNA nahradením atómu kyslíka atómom síry. Týmto spôsobom bola vytvorená syntetická čiapočka mRNA.
Patentovaný vynález - nazývaný Beta-S-ARCA - viedol k vytvoreniu stabilnej mRNA, päťkrát účinnejšej a trikrát stabilnejšej v bunke ako prirodzene sa vyskytujúca molekula, čo otvorilo cestu pre vývoj terapií založených na mRNA.
Z laboratória na trh
Po začatí procesu európskeho patentu v roku 2008 vytvoril tím partnerstvo s firmou BioNTech z univerzity v Mohuči (Nemecko), ktorá sa špecializuje na génové terapie.
Počiatočné klinické skúšky využívajúce čiapky mRNA vyvinuté tímom UW sa začali o dva roky neskôr. V roku 2013 spoločnosť BioNTech udelila licenciu na stabilnú technológiu mRNA najdôležitejším farmaceutickým spoločnostiam vrátane francúzskeho Sanofi S.A. a Genetech Inc.
V júli 2017 spoločnosť BioNTech zverejnila sľubné výsledky prvých pokusov ľudí s personalizovanou protirakovinovou vakcínou založenou na mRNA s použitím uzáverov vyvinutých spoločnosťou Jemielity a jeho tímom.
Osem z 13 účastníkov štúdie, u ktorých sa vyskytli regresívne recidívy melanómu, nemalo počas 23 mesiacov štúdie žiadne rakovinové bunky.
Naproti tomu jeden z ďalších piatich ľudí, u ktorých sa vyvinuli nové nádory, preukázal zmenšenie nádoru.
Študovaná vakcína, ktorá môže byť tiež upravená na liečbu iných typov rakoviny, je založená na sekvenovaní DNA nádoru pacienta a jej porovnaní s normálnym tkanivom.
Len čo je mutácia identifikovaná, do tela pacienta sa vstrekne umelo zmenená mRNA, čo umožňuje imunitnému systému detekovať a zničiť rakovinové bunky.
Spoločnosť BionTech plánuje túto technológiu otestovať v spojení s protirakovinovým liekom s názvom Tecentriq.
Výskumný tím
Už v 80. rokoch minulého storočia boli zamestnanci Varšavskej univerzity ďaleko pred svojimi kolegami zaoberajúcimi sa stabilizáciou mRNA, dávno predtým, ako sa to považovalo za štrukturálny prvok, ktorý by sa dal potenciálne použiť pri terapiách na záchranu života.
Skúsený člen tímu Edward Darżynkiewicz získal magisterský titul v roku 1970 a doktorandskú prácu z organickej chémie obhájil na Varšavskej univerzite v roku 1976 a od roku 2009 pôsobil na Varšavskej univerzite ako riadny profesor fyziky.
Je vedúcim Laboratória génovej expresie na Katedre fyziky Varšavskej univerzity a Interdisciplinárneho laboratória molekulárnej biológie a biofyziky v Centre nových technológií na Varšavskej univerzite.
V roku 2015 mu bola udelená medaila Leon Marchlewski za mimoriadne úspechy v biochémii a biofyzike. Je spoluautorom 208 vedeckých publikácií, troch európskych patentov a jedného amerického patentu.
Jacek Jemielity tiež pracuje v Centre nových technológií na Varšavskej univerzite ako profesor organickej chémie od roku 2013 a v súčasnosti je tam vedúcim laboratória organickej chémie.
Je autorom troch európskych patentov a takmer 100 vedeckých publikácií. Za vedecké výsledky získal Cenu rektora Varšavskej univerzity a Cenu fyziky na Varšavskej univerzite.
Joanna Kowalska je od roku 2011 odbornou asistentkou na Fakulte fyziky na Katedre biofyziky Varšavskej univerzity. V súčasnosti je tiež projektovým manažérom.
Pani Joanna je autorkou viac ako 50 vedeckých prác a troch európskych patentov. Získala Cenu rektora Varšavskej univerzity na Varšave, Cenu fyziky na Varšavskej univerzite a Cenu prof. Pieńkowski.
V roku 2018 boli spoločnosti Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz a ich tím poctení tiež za svoje vynálezy Ekonomickou cenou poľského prezidenta v kategórii „Výskum a vývoj“.
