Пробивът в mRNA може да позволи разработването на персонализирано лечение на рак и генетични дефекти: полският екип от учени, номиниран за Европейската награда за изобретатели през 2018 г.
- Предпоставката за напълно персонализирано лекарство с максимална ефективност е да се предлагат терапии, съобразени с индивидуалните пациенти и техните специфични заболявания, също на клетъчно ниво.
Това е целта на полските учени: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz и техния екип.
Те са разработили траен, по-ефективен и лесен за производство край на иРНК молекулата - т.нар капачка, която инструктира клетката да произвежда специфични протеини.
Техниката, предложена от учените, ни позволява да мислим за медицински решения, които коригират генетичната информационна система на тялото, без да правят директни промени в ДНК на пациента.
За постиженията си Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz и екип от учени от Варшавския университет бяха номинирани за финала на Европейската награда за изобретатели през 2018 г. в категория "Изследвания". Победителите в тазгодишната награда за EPO ще бъдат обявени на церемония, която ще се проведе на 7 юни в Париж.
„Концепцията, предложена от полски учени, може да разшири използването на персонализирана медицина, базирана на молекулярната биология“, каза Беноа Батистели, президент на ЕПО. "Това изобретение отразява как европейските медицински изследвания помагат да се създадат нови концепции за лечение на рак и други смъртоносни заболявания, които потенциално биха могли да бъдат от полза за милиони хора."
Личен опит, допринесъл за развитието на персонализирана медицина
За Jacek Jemielity, който работи по биоорганична химия във Варшавския университет, въпросът за разработването на нови методи за лечение на заболявания като рак беше от особено значение.
Докато екипът му изследва развитието на по-стабилна, химически модифицирана иРНК като носител на наркотици, дъщеря му развива левкемия.
„Прекарах много време в болницата, където видях много деца да се борят за живота си“, казва Джемилити. "Болестта й беше изключително важна мотивация за моята работа."
И въпреки че дъщерята на учения се е възстановила напълно, всяка година се диагностицират над 10 милиона нови случая на различни форми на рак.
Ракът във всичките му форми е втората водеща причина за смърт в света. Стандартните лечения като хирургия, лъчева терапия и химиотерапия отбелязват значителен напредък.
Фактът обаче, че според изчисленията двама от всеки пет души могат да развият рак през целия си живот и произтичащите от това огромни финансови разходи и въздействие върху живота на пациентите, превърнаха изследванията в новите концепции в лечението на рака в медицински приоритет.
Обещаваща посока на лечение е областта на персонализираната медицина, предлагаща терапии, базирани на ДНК на пациента.
Целта е да се разбере генетичната причина за заболяването, или чрез локализиране на областите на ДНК, довели до нейното развитие, или чрез намиране на генетичната мутация, отговорна за анормалния клетъчен растеж, типичен за рака.
Нова концепция за модификация на иРНК
Човешката ДНК съдържа около 20 000 гена, които съдържат инструкции за създаване на протеини, ензими и други частици, изграждащи тялото.
Извършването на промени в ДНК обаче е толкова скъпо, трудно и рисковано, че към днешна дата са одобрени малко генни терапии.
Те се основават най-вече на модифицирани ретровируси, които могат да се промъкнат през клетъчните защитни механизми и да внесат нова информация директно в клетъчното ядро.
Много по-малко инвазивен подход е да се съсредоточи върху начина, по който информацията, записана в ДНК, се прехвърля към клетъчните рибозоми, където се изпълняват командите за производство на протеин, кодирани в ДНК.
Молекулите, посочени като пратеник РНК (mRNA), са отговорни за предаването на тази информация. Природата е краткотрайна, така че човешките ензими и протеини обикновено разграждат всяка модифицирана външно вмъкната иРНК, преди тя да предаде желания терапевтичен ефект на рибозомата.
Въз основа на изследванията, започнали четири десетилетия по-рано, Jemielity и неговият екип предложиха различен подход, фокусирайки се върху деликатните структури в края на всяка молекула на иРНК, известна като 5 'капачка. „Структурата на капачката е много важна за метаболизма на иРНК, тъй като без нея иРНК се разгражда много бързо и не може да изпълнява функциите си. Следователно капачката предпазва иРНК от разграждане. '
Изследователският екип промени един от приблизително 80 000 атома на типична иРНК молекула, като замести кислородния атом със серен атом. По този начин беше създадена синтетична иРНК капачка.
Патентованото изобретение - наречено Beta-S-ARCA - доведе до създаването на стабилна иРНК, пет пъти по-ефективна и три пъти по-стабилна в клетката от естествено срещащата се молекула, отваряйки пътя за развитието на терапии, базирани на иРНК.
От лаборатория до пазар
След старта на европейския патентен процес през 2008 г., екипът създаде партньорство с BioNTech от Университета в Майнц (Германия), който е специализиран в генните терапии.
Първоначалните клинични изпитвания с използване на иРНК капачки, разработени от екипа на UW, започнаха две години по-късно. През 2013 г. BioNTech лицензира стабилна mRNA технология за най-важните фармацевтични компании, включително френската Sanofi S.A. и Genetech Inc.
През юли 2017 г. BioNTech публикува обещаващи резултати от първите опити при хора на персонализирана mRNA-базирана противоракова ваксина с помощта на капачки, разработени от Jemielity и неговия екип.
Осем от 13-те участници в изследването, които са имали регресивни рецидиви на меланома, не са имали ракови клетки през 23-те месеца на проучването.
За разлика от това, един от останалите пет души, които са развили нови тумори, е показал свиване на тумора.
Изследваната ваксина, която може да бъде адаптирана и за лечение на други видове рак, се основава на секвениране на ДНК на тумора на пациента и сравняването му с тази на нормалната тъкан.
След като мутацията бъде идентифицирана, изкуствено променена иРНК се инжектира в тялото на пациента, което позволява на имунната система да открива и унищожава раковите клетки.
BionTech планира да тества тази технология заедно с противораково лекарство, наречено Tecentriq.
Изследователски екип
Още през 80-те години на миналия век служителите на Варшавския университет бяха далеч по-напред от своите колеги, занимаващи се със стабилизиране на иРНК, много преди тя да се счита за структурен елемент, който потенциално би могъл да се използва при животоспасяващи терапии.
Едуард Даржинкевич, опитен член на екипа, получава магистърска степен през 1970 г. и защитава докторска дисертация по органична химия във Варшавския университет през 1976 г., а от 2009 г. работи във Варшавския университет като редовен професор по физика.
Той е ръководител на Лабораторията за генна експресия към Катедрата по физика във Варшавския университет и Интердисциплинарната лаборатория по молекулярна биология и биофизика към Центъра за нови технологии във Варшавския университет.
През 2015 г. той бе награден с медала на Леон Марчлевски за изключителни постижения в биохимията и биофизиката. Той е съавтор на 208 научни публикации, три европейски патента и един патент на САЩ.
Jacek Jemielity също работи в Центъра за нови технологии във Варшавския университет като професор по органична химия от 2013 г. и в момента е ръководител на лабораторията за органична химия там.
Автор е на три европейски патента и почти 100 научни публикации. За научните си постижения той получи наградата на ректора на Варшавския университет и наградата на Физическия факултет на Варшавския университет.
Йоана Ковалска е асистент във Физическия факултет на Катедрата по биофизика на Варшавския университет от 2011 г. В момента той е и ръководител на проекти.
Г-жа Йоана е автор на над 50 научни трудове и три европейски патента. Тя получи наградата за ректор на Варшавския университет във Варшава, наградата на Физическия факултет на Варшавския университет и наградата на проф. Пиенковски.
През 2018 г. Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz и техният екип също бяха отличени за своите изобретения с икономическата награда на президента на Полша в категорията „Изследвания и развитие“.
