Proboj mRNA mogao bi omogućiti razvoj personaliziranih tretmana za rak i genetske nedostatke: poljski tim znanstvenika nominiran za europsku nagradu za izumitelje 2018.
- Preduvjet potpuno personaliziranog lijeka s maksimalnom učinkovitošću jest ponuditi terapije prilagođene pojedinačnim pacijentima i njihovim specifičnim bolestima, također na staničnoj razini.
To je cilj poljskih znanstvenika: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz i njihov tim.
Razvili su trajni, učinkovitiji i lak za proizvodnju kraj molekule mRNA - kapa, koja upućuje stanicu da proizvodi specifične proteine.
Tehnika koju su predložili znanstvenici omogućuje nam razmišljanje o medicinskim rješenjima koja korigiraju genetski informacijski sustav tijela bez izravnih promjena na pacijentovoj DNA.
Zbog svojih postignuća, Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz i tim znanstvenika sa Sveučilišta u Varšavi nominirani su za finale Europske nagrade za izumitelje 2018. u kategoriji "Istraživanje". Pobjednici ovogodišnje nagrade za EPO bit će proglašeni na svečanosti koja će se održati 7. lipnja u Parizu.
"Koncept koji su predložili poljski znanstvenici može proširiti upotrebu personalizirane medicine koja se temelji na molekularnoj biologiji", rekao je Benoît Battistelli, predsjednik EPO-a. "Ovaj izum odražava kako europska medicinska istraživanja pomažu u stvaranju novih koncepata za liječenje raka i drugih smrtonosnih bolesti koje bi potencijalno mogle koristiti milionima ljudi."
Osobno iskustvo koje je pridonijelo razvoju personalizirane medicine
Za Jaceka Jemielityja, koji radi na području bioorganske kemije na Sveučilištu u Varšavi, pitanje razvoja novih metoda liječenja bolesti poput raka bilo je od posebne važnosti.
Dok je njegov tim istraživao razvoj stabilnije, kemijski modificirane mRNA kao nosača lijeka, njegova je kći razvila leukemiju.
"Provela sam puno vremena u bolnici gdje sam vidjela mnoštvo djece koja se bore za život", kaže Jemielity. "Njezina bolest bila je izuzetno važan motiv za moj rad."
I premda se kći znanstvenika potpuno oporavila, svake se godine dijagnosticira više od 10 milijuna novih slučajeva različitih oblika raka.
Rak je u svim svojim oblicima drugi vodeći uzrok smrti na svijetu. Standardni tretmani poput kirurgije, terapije zračenjem i kemoterapije čine značajan napredak.
Međutim, činjenica da, prema procjenama, dvoje od pet ljudi može razviti rak tijekom cijelog života, a time i ogromni financijski troškovi i utjecaj na život pacijenata, učinili su istraživanje novih koncepata u liječenju raka medicinskim prioritetom.
Obećavajući smjer liječenja područje je personalizirane medicine koja nudi terapije na temelju pacijentove DNA.
Cilj je razumjeti genetski uzrok bolesti, bilo lociranjem područja DNA koja su dovela do njenog razvoja, bilo pronalaženjem genetske mutacije odgovorne za abnormalni rast stanica tipičan za rak.
Novi koncept modifikacije mRNA
Ljudska DNA sadrži oko 20 000 gena koji sadrže upute za stvaranje proteina, enzima i drugih čestica koje čine tijelo.
Međutim, uvođenje promjena u DNK toliko je skupo, teško i rizično da je do danas odobreno malo genskih terapija.
Uglavnom se temelje na modificiranim retrovirusima koji se mogu provući kroz stanične obrambene mehanizme i uvesti nove informacije izravno u staničnu jezgru.
Puno manje invazivan pristup je usredotočiti se na način na koji se informacije zapisane u DNA prenose u stanične ribosome, gdje se izvršavaju naredbe za proizvodnju proteina kodirane u DNA.
Molekule koje se nazivaju glasnička RNA (mRNA) odgovorne su za prijenos ovih informacija. U prirodi je kratkotrajna, pa su ljudski enzimi i proteini općenito razgradili svaku modificiranu izvana umetnutu mRNA prije nego što je priopćio željeni terapijski učinak na ribosom.
Nadovezujući se na istraživanje koje je započelo četiri desetljeća ranije, Jemielity i njegov tim predložili su drugačiji pristup, fokusirajući se na osjetljive strukture na kraju svake molekule mRNA, poznate kao 5 'kapa. „Struktura poklopca vrlo je važna za metabolizam mRNA, jer se bez nje mRNA vrlo brzo razgrađuje i ne može obavljati svoje funkcije. Poklopac stoga štiti mRNA od razgradnje. '
Istraživački tim promijenio je jedan od otprilike 80 000 atoma tipične molekule mRNA zamjenom atoma kisika atomom sumpora. Na taj je način stvorena sintetička kapa mRNA.
Patentirani izum - nazvan Beta-S-ARCA - doveo je do stvaranja stabilne mRNA, pet puta učinkovitije i tri puta stabilnije u stanici od molekule koja se prirodno javlja, otvarajući put za razvoj terapija temeljenih na mRNA.
Od laboratorija do tržišta
Nakon pokretanja europskog patentnog postupka 2008. godine, tim je uspostavio partnerstvo s BioNTechom sa Sveučilišta u Mainzu (Njemačka), specijaliziranog za genetske terapije.
Inicijalna klinička ispitivanja korištenjem mRNA kapa koje je razvio tim UW započela su dvije godine kasnije. 2013. godine BioNTech je licencirao stabilnu mRNA tehnologiju najvažnijim farmaceutskim tvrtkama, uključujući francusku Sanofi S.A. i Genetech Inc.
U srpnju 2017. BioNTech je objavio obećavajuće rezultate prvih ispitivanja na ljudima personaliziranog cjepiva protiv raka protiv morske DNA pomoću kapa koje su razvili Jemielity i njegov tim.
Osam od 13 sudionika studije koji su imali regresivne recidive melanoma nisu imali stanice karcinoma tijekom 23 mjeseca studije.
Suprotno tome, jedan od ostalih pet ljudi koji su razvili nove tumore pokazao je smanjenje tumora.
Ispitivano cjepivo, koje se također može prilagoditi za liječenje drugih vrsta raka, temelji se na sekvenciranju DNA pacijentovog tumora i usporedbi s onom normalnog tkiva.
Jednom kada se mutacija utvrdi, u tijelo pacijenta ubrizgava se umjetno izmijenjena mRNA, omogućavajući imunološkom sustavu da otkrije i uništi stanice raka.
BionTech planira testirati ovu tehnologiju zajedno s lijekom protiv raka nazvanim Tecentriq.
Istraživački tim
Već su 1980-ih zaposlenici Sveučilišta u Varšavi bili daleko ispred svojih kolega koji su se bavili stabilizacijom mRNA, mnogo prije nego što se smatralo strukturnim elementom koji bi se potencijalno mogao koristiti u terapijama spašavanja života.
Edward Darżynkiewicz, iskusni član tima, magistrirao je 1970. godine i doktorirao iz organske kemije na Sveučilištu u Varšavi 1976. godine, a od 2009. godine radio je na Sveučilištu u Varšavi kao redoviti profesor fizike.
Voditelj je Laboratorija za ekspresiju gena na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Varšavi i Interdisciplinarnog laboratorija za molekularnu biologiju i biofiziku pri Centru za nove tehnologije Sveučilišta u Varšavi.
2015. godine odlikovan je medaljom Leon Marchlewski za izvanredna postignuća u biokemiji i biofizici. Koautor je 208 znanstvenih publikacija, tri europska patenta i jednog američkog.
Jacek Jemielity također radi u Centru novih tehnologija na Sveučilištu u Varšavi kao profesor organske kemije od 2013. godine i trenutno tamo obavlja dužnost voditelja Laboratorija za organsku kemiju.
Autor je tri europska patenta i gotovo 100 znanstvenih publikacija. Za svoja znanstvena postignuća primio je nagradu rektora Sveučilišta u Varšavi i Nagradu Fizičkog fakulteta Sveučilišta u Varšavi.
Joanna Kowalska je docentica na Fizičkom fakultetu, Odjela za biofiziku Sveučilišta u Varšavi od 2011. godine. Trenutno je i voditelj projekta.
Gospođa Joanna autorica je preko 50 znanstvenih radova i tri europska patenta. Dobila je nagradu rektora Sveučilišta u Varšavi, nagradu Fizičkog fakulteta Sveučilišta u Varšavi i nagradu prof. Pieńkowski.
U 2018. godini Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz i njihov tim također su počašćeni za svoje izume Ekonomskom nagradom predsjednika Poljske u kategoriji "Istraživanje i razvoj".
