Terapia genowa w leczeniu nowotworów krwi coraz bardziej realna

Transkrypt

1 Terapia genowa w leczeniu nowotworów krwi coraz bardziej realna Obecnie lekarze, poza standardową chemioterapią, mogą zaproponować pacjentowi choremu na pewne podtypy nowotworów tak zwaną immunoterapię. W przypadku białaczek limfocytowych, wywodzących się z linii B, triumfy święci już od wielu lat (rejestracja w USA w 1997 roku) biofarmaceutyk o nazwie rytuksymab. Jest to przeciwciało chimeryczne ludzko-mysie, skierowane przeciwko antygenowi powierzchniowemu komórek linii B białku CD20. Rytuksymab to obecnie jedna z najlepiej działających form immunoterapii nowotworów. Istnieje jednak szansa, że tak zaawansowany lek wkrótce odejdzie do lamusa. Idea immuno-terapii genowej Cząsteczki przeciwciał są skuteczne w działaniu, ale nic nie jest lepsze w zwalczaniu komórek nowotworowych niż sprawnie działający układ immunologiczny. Ta od dawna znana prawda jest podstawą idei przeszczepów komórek krwiotwórczych. Dlatego od czasu pojawienia się koncepcji terapii genowej naukowcy próbują zastosować odpowiednio transformowane komórki immunologiczne pacjentów jako najbardziej zaawansowaną formę immunoterapii. Pod koniec sierpnia w czasopiśmie NEJM opublikowano obiecujące rezultaty terapii genowej, w której wykorzystano transformowane limfocyty T trzech chorych z zaawansowaną, oporną na leczenie postacią przewlekłej białaczki limfoblastycznej (CLL). Podobnie jak rytuksymab, transformowane komórki były nacelowane na antygen powierzchniowy komórek linii B, w tym przypadku CD19.

2 Wszyscy pacjenci poddani leczeniu pozostają w remisji, bez objawów chorobowych, od ponad roku (stan na koniec sierpnia 2011). Jak tego dokonano? Najpierw pobrane zostały komórki T od każdego z pacjentów z pomocą techniki cytometrii przepływowej. Następnie poddano te komórki transfekcji specjalnie skonstruowanym wektorem lentiwirusowym. Wektor ten zaprojektowano tak, by był nośnikiem dla genów trzech białek zaangażowanych w zwalczanie komórek nowotworowych: pierwsze stanowiła cząsteczka rozpoznająca CD19, dwie kolejne były modulatorami odpowiedzi immunologicznej. Komórki w niewielkim mianie wprowadzono z powrotem do krwiobiegu pacjentów, gdzie miały atakować komórki z ekspresją antygenu CD19, czyli w znakomitej większości- komórki nowotworowe. Okresowe badania krwi miały potwierdzić skuteczność takiego ataku. Efekty lecznicze Efekty pozytywnie zaskoczyły badaczy. Według wyliczeń naukowców po zaaplikowaniu limfocytów w stosunkowo niewielkiej ilości ilości /kg masy ciała, przetrzebiły one komórki nowotworowe, zabijając w przeliczeniu 1000 limfoblastów na każdy zmodyfikowany limfocyt! Przed leczeniem u jednego z pacjentów 85% szpiku stanowiły blasty, po zastosowaniu terapii genowej ta ilość spadła do niespełna 1%. Co więcej, zmodyfikowane limfocyty żyły dalej we krwi chorych jeszcze kilka miesięcy po leczeniu, prawdopodobnie przyczyniając się do podtrzymania remisji. Skutki uboczne Niestety podobnie jak w przypadku rytuksymabu, który wiązał się z każdą komórką CD20+ (a wiec także z prawidłowymi limfocytami B), nowa terapia ma dokładnie tę samą wadę: zabija też zdrowe komórki produkujące przeciwciała i to na długo po ustąpieniu objawów chorobowych. Znaczy to, że pacjenci przez wiele lat mogą mieć upośledzoną odporność swoistą. Tę cenę warto jednak zapłacić za ratunek od śmierci i ogromną poprawę jakości życia. Sama terapia wiązała się także z dużym ryzykiem: zbyt szybka eradykacja komórek nowotworowych skutkuje tak zwanym syndromem rozpadu guza. Jest to stan powstały podczas nagłego zniszczenia dużej liczby komórek który prowadzi

3 do zatrucia organizmu produktami ich rozpadu. Dochodzi wówczas do zatrucia ustroju, czasami wręcz do wstrząsu. W przypadku jednego z pacjentów poddanych rzeczonej terapii konieczna była dłuższa hospitalizacja z powodu niewydolności nerek. Przyszłość Niestety wciąż jest za wcześnie na nadmierny optymizm. Wektory lentiwirusowe są obecnie traktowane jako potencjalnie niebezpieczne i stosowane tylko w pojedynczych, najgorzej rokujących przypadkach w badaniach naukowych. Potrzebne są dużo bardziej rozbudowane badania nad bezpieczeństwem stosowania takich konstruktów. Poważnym ograniczeniem metody zastosowanej przez badaczy jest także konieczność nacelowania limfocytów na konkretny marker powierzchniowy komórek nowotworowych, a nie zawsze nowotwór cechuje ekspresja takiego antygenu, który jest w miarę specyficzny. Jest to jednak niewątpliwie przełom, który otwiera drogę dla zupełnie nowych możliwości terapeutycznych. Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Źródło Porter, Levine et. al., Chimeric Antigen Receptor Modified T Cells in Chronic Lymphoid Leukemia, New England Journal of Medicine (2011). Kalos, Levine, Porter et. al., T Cells with Chimeric Antigen Receptors Have Potent Antitumor Effects and Can Establish Memory in Patients with Advanced Leukemia, Science Translational Medicine (2011).

4 Biotechnologia w praktyce. Przeciwciała monoklonalne przeciwnowotworowe Przeciwciała monoklonalne przeciwnowotworowe Przeciwciała monoklonalne (ang. Monoclonal AntiBodies, mab) są to immunoglobuliny otrzymywane z jednego klonu limfocytów B i wykazujące jednakową swoistość względem danego antygenu. Próby ich wykorzystania w onkologii zainicjowano już pod koniec XIX wieku. Przeciwciała wykorzystywane w leczeniu nowotworów mają najczęściej charakter immunoglobulin G (IgG). Uzyskuje się je w wyniku fuzji nieśmiertelnej komórki szpiczaka z limfocytem B pobranym od uodpornionego na dany antygen, tzn. poddanego immunizacji osobnika. Stosowanie przeciwciał obcogatunkowych wywoływało liczne działania niepożądane. Mniejszą immunogenność uzyskuje się obecnie dzięki manipulacjom na poziomie DNA. Odpowiednie regiony mysich immunoglobulin można w ten sposób zastępować analogicznymi fragmentami pochodzącymi z przeciwciał ludzkich. Immunoglobuliny te, w zależności od rodzaju wymienionego obszaru, nazywa są chimerycznymi lub humanizowanymi. Wszystkie nazwy przeciwciał monoklonalnych mają końcówkę - mab, a poprzedzająca ją litera udziela informacji o pochodzeniu leku. W przypadku immunoglobulin mysich jest nią samogłoska o (-omab), u szczurzych a (-

5 amab), a u tych pochodzących od chomika e (-emab). Przeciwciała chimeryczne oznacza się za pomocą xi (-ximab), natomiast humanizowane literą u (-umab). Efekt przeciwnowotworowy zależy od typu zastosowanego przeciwciała. Mogą one niszczyć zmienione komórki m.in. poprzez aktywację układu immunologicznego gospodarza lub indukcję apoptozy, a także blokować niezbędne receptory komórkowe i czynniki wzrostu. Skuteczność terapii z udziałem przeciwciał monoklonalnych zależy od wielu czynników związanych z samymi immunoglobulinami, cechami nowotworu oraz indywidualną reaktywnością układu odpornościowego pacjenta. Substancja czynna: Alemtuzumab (ang. alemtuzumab) Nazwa handlowa preparatu: MabCampath, producent Genzyme Europe/Bayer Schering Alemtuzumab jest humanizowanym przeciwciałem monoklonalnym klasy IgG1κ. Lek ten uzyskuje się metodami inżynierii genetycznej, poprzez wstawienie do cząsteczki ludzkiej immunoglobuliny IgG1 sześciu regionów szczurzego przeciwciała monoklonalnego IgG2a. Fragmenty te warunkują swoistość wiązania się leku z odpowiednim antygenem. Alemtuzumab skierowany jest przeciwko CD52, czyli glikoproteinie zlokalizowanej na powierzchni limfocytów typu B i T krwi obwodowej i występującej zarówno w prawidłowych, jaki i w zmienionych chorobowo komórkach. Przyłączenie się przeciwciał do odpowiednich antygenów powoduje pobudzenie tzw. naturalnych zabójców (ang. natural killer NK) wywołujących lizę komórek docelowych. Jest to tzw. cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ang. Antibody-Dependent Cell Cytotoxicity, ADCC). Lek aktywuje również układ dopełniacza (ang. komplement system), czyli zespół białek uzupełniający mechanizmy obronne organizmu. Podczas terapii tym lekiem, nie dochodzi do uszkodzeń krwiotwórczych komórek macierzystych oraz prekursorowych i dzięki temu po zakończeniu leczenia można odbudować populację limfocytów.

6 Wskazaniem do stosowania Alemtuzumabu jest przewlekła białaczka limfocytowa B-komórkowa, w przypadku, gdy u pacjenta nie jest właściwa skojarzona chemioterapia zawierająca fludarabinę. Substancja czynna: Bewacyzumab (ang. bevacizumab) Nazwa handlowa preparatu: Avastin producent Roche Bewacyzumab jest rekombinowanym, humanizowanym przeciwciałem monoklonalnym, wytwarzanym w komórkach jajnika chomika chińskiego. Lek ten skierowany jest przeciwko nabłonkowym czynnikom wzrostu śródbłonka naczyniowego VEGF (ang. Vascular Endothelial Growth Factor), czyli białkom pełniącym ważne funkcje sygnalizacyjne w procesach formowania się sieci naczyń krwionośnych (angiogenezy i waskulogenezy). Wysyłane przez nie sygnały stymulują mitozę komórek śródbłonka oraz ich migrację. Oba te procesy są niezbędne m.in. w trakcie formowania się i wzrostu guzów nowotworowych. Przyłączenie się przeciwciała uniemożliwia cząsteczce VEGF wiązanie się z odpowiednimi receptorami występującymi na powierzchni komórek śródbłonka. W ten sposób zneutralizowana zostaje biologiczna aktywność tego czynnika. Utworzone wokół guza naczynia zanikają, nie tworzą się również nowe połączenia. Wzrost tkanki nowotworowej zostaje zahamowany z powodu niedostępności tlenu i składników odżywczych. Bewacyzumab był pierwszym lekiem tego typu dopuszczonym do obiegu. Wskazania: przerzutowy rak jelita grubego w skojarzeniu z 5-fluorouracylem (5-FU); przerzutowy rak sutka w skojarzeniu z paclitakselem; nieoperacyjny, zaawansowany, przerzutowy lub nawrotowy niedrobnokomórkowy raka płuca (NDRP) (z wyjątkiem typu płaskonabłonkowego) w skojarzeniu z leczeniem opartym na związkach platyny; zaawansowany lub przerzutowy rak nerki w skojarzeniu z interferonem alfa-2a.

7 Substancja czynna: Cetuksymab (ang. cetuximab) Nazwa handlowa preparatu: Erbitux, producent Merck Cetuksymab to chimeryczne, ludzko-mysie przeciwciało monoklonalne klasy IgG1, uzyskiwane za pomocą technik rekombinacyjnych. Skierowane jest ono swoiście przeciwko receptorowi nabłonkowego czynnika wzrostu EGFR (ang. epidermal growth factor receptor), którego aktywacja polega na autofosforylacji i jest warunkowana przyłączeniem odpowiedniego ligandu. Cetuksymab wiąże się z receptorem ok razy silniej niż inne cząsteczki i w ten sposób hamuje dalsze szlaki sygnałowe związane z niewrażliwością na apoptozę, namnażaniem się komórek (proliferacją), angiogenezą oraz tworzeniem się przerzutów. Unieczynniony receptor ulega internalizacji. Lek ten współdziała również z komórkami cytotoksycznymi układu odpornościowego i nakierowuje je na komórki wykazujące ekspresję EGFR. Jest to tzw. cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ang. Antibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC). Wskazania do stosowania Cetuksymabu: przerzutowy rak okrężnicy w skojarzeniu z oksaliplatyną lub irinotekanem, bądź też jako samodzielne leczenie, jeśli pacjent nie może otrzymać leczenia irinotekanem; Warunkiem rozpoczęcia terapii jest wykazanie ekspresji EGFR oraz obecność prawidłowej sekwencji genu KRAS (ang. Kirsten rat sarcoma 2 viral oncogene homologue). Mutacja genu KRAS powoduje występowanie odporności na ten lek. lokalny płaskonabłonkowy rak głowy i szyi w skojarzeniu z radioterapią; nawrotowy i/lub przerzutowy raków głowy i szyi w skojarzeniu z leczeniem opartym na związkach platyny. Substancja czynna: Ofatumumab (ang. oftamumab) Nazwa handlowa preparatu: Arzerra,

8 producent GlaxoSmithKline Oftatumumab jest to rekombinowane, ludzkie przeciwciało monoklonalneklasy IgG1. Wiąże się ono specyficznie z określoną determinantą antygenową (tzw. epitopem), obejmującą zarówno małą jak i dużą pętlę zewnątrzkomórkową antygenu CD20. Cząsteczka ta jest przezbłonową fosfoproteiną występującą na powierzchni komórek linii limfocytów B (od pre-b do stadium form dojrzałych) oraz wywodzących się z nich guzów. Przyłączenie leku nie prowadzi do uwolnienia, ani do przemieszczenia się antygenu. Przeciwciała powodują aktywację układu dopełniacza i w rezultacie lizę komórki docelowej. Jest to tzw. cytotoksyczność zależna od układu dopełniacza, skuteczna bez względu na poziom ekspresji antygenu. Ta właściwość leku jest istotna ze względu na niski poziom CD20 w przypadku przewlekłych białaczek. Wiązanie ofatumumabu aktywuje również mechanizm cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał, czyli aktywność naturalnych zabójców (NK) powodujących śmierć komórek połączonych z przeciwciałami. Po zakończeniu terapii populacja limfocytów B może zostać obudowana, ponieważ ich komórki macierzyste są pozbawione antygenu CD20. Wskazaniem do stosowania Oftatumumabu jest przewlekła białaczka limfocytowa oporna na fludarabinę i alemtuzumab. Substancja czynna: Panitumumab (ang. panitumumab) Nazwa handlowa preparatu: Vectibix, producent Amgen Panitumumab jest rekombinowanym, w pełni ludzkim przeciwciałem monoklonalnym klasy IgG2. Lek ten wykazuje duże powinowactwo i wysoką specyficzność względem ludzkiego receptora nabłonkowego czynnika wzrostu EGFR (ang. epidermal growth factor receptor).

9 Przeciwciała wiążą się z antygenem i w ten sposób uniemożliwiają mu przyłączanie odpowiednich ligandów. Dzięki temu zablokowane zostają dalsze szlaki sygnałów wewnątrzkomórkowych. Efektem działania leku jest zahamowanie angiogenezy i proliferacji komórek nowotworowych, które w efekcie kierowane są na drogę apoptozy. Panitumumab, w odróżnieniu od cetuksymabu, nie wykazuje zdolności do stymulacji cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał ADCC, charakteryzuje się jednak o wiele większym powinowactwem do EGFR. Ze względu na ludzkie pochodzenie charakteryzuje się też mniejszym ryzykiem wystąpienia reakcji uczuleniowych. Wskazaniem do stosowania Panitumumabu jest przerzutowy rak okrężnicy po niepowodzeniu leczenia 5-fluorouracylem (5-FU), oksaliplatyną i irinotekanem. Podaje się go jedynie pacjentom u których stwierdzono ekspresję EGFR oraz prawidłową sekwencję genu KRAS, ponieważ, tak jak w przypadku Cetuksymabu, obecność mutacji w tym onkogenie powoduje występowanie odporności na Panitumumab i stanowi podstawowe kryterium klasyfikacji chorych do terapii. Substancja czynna: Rytuksymab (ang. rituximab) Nazwa handlowa preparatu: MabThera, producent Roche Rytuksymab to chimeryczne, ludzko-mysie przeciwciało monoklonalne uzyskiwane z kultur tkankowych komórek jajnika chomika chińskiego. Lek wiąże się wybiórczo z antygenem przezbłonowym CD20, czyli fosfoproteiną występującą na powierzchni zarówno prawidłowych, jak i zmienionych nowotworowo limfocytów B. Po połączeniu z przeciwciałem antygen ten nie podlega wprowadzeniu do komórki, nie jest on również uwalniany z jej powierzchni. Przyłączenie rytuksymabu uruchamia mechanizmy układu odpornościowego prowadzące do śmierci komórek docelowych. Podstawowym mechanizmem jego działania jest cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ADCC) oraz aktywacja układu dopełniacza. Wykazano również, że lek ten wpływa na ekspresję czynników

10 antyapoptotycznych i dzięki temu może indukować samobójczą śmierć nowotworowych limfocytów B. Wskazaniem do stosowania Retuksymabu są: chłoniak nieziarniczy: zaawansowany chłoniak grudkowy w skojarzeniu z chemioterapią w pierwszorzutowym leczeniu lub u pacjentów, u których obserwowano odpowiedź kliniczną na leczenie; zaawansowany chłoniak grudkowy u pacjentów opornych na leczenie chemioterapią; rozlany chłoniak z dużych limfocytów B w skojarzeniu z leczeniem opartym na cyklofosfamidzie, doksorubicynie, winkrystynie i prednizolonem; przewlekła białaczka limfocytowa; reumatoidalne zapalenie stawów (RZS). Substancja czynna: Trastuzumab (ang. trastuzumab) Nazwa handlowa preparatu: Herceptin (Herceptyna) producent Roche Trastuzumab jest rekombinowanym humanizowanym przeciwciałem monoklonalnym klasy IgG1. Lek ten wiąże się specyficznie z subdomeną IV związaną z błoną w regionie zewnątrzkomórkowej domeny receptora HER2 (receptora ludzkiego naskórkowego czynnika wzrostu typu 2, ang. human epidermal growth factor receptor), którego nadekspresja związana jest z niekontrolowaną proliferacją komórek nowotworowych. Mechanizmem aktywującym HER2 jest proteolityczne rozszczepienie jego zewnątrzkomórkowej domeny. Przyłączenie trastuzumabu hamuje ten proces i dzięki temu uniemożliwia przekazywanie sygnału niezależne od ligandu. Dodatkowo trastuzumab pośredniczy w aktywacji cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał (ADCC) względem komórek guza wykazujących nadekspresję HER2.

11 Wskazaniem do terapii Trastuzumabem są: niezaawansowany rak sutka po chirurgicznym wycięciu zmiany, chemioterapii i radioterapii; przerzutowy rak sutka samodzielnie u pacjentów opornych na wcześniej stosowane leczenie lub w skojarzeniu z paclitakselem lub docetakselem w leczeniu pierwszorzutowym lub wraz z inhibitorami aromatazy u pacjentek z nowotworami hormonowrażliwymi po menopauzie; przerzutowy raka żołądka w skojarzeniu z cisplatyną i kapecytabiną lub 5-fluorouracylem (5-FU). amplifikacja genu HER2 stwierdzona w badaniu FISH i/lub wysoka ekspresja HER2 w badaniu immunohistopatologicznym bioptatów gruboigłowych raka piersi (wg. kryteriów polskich FISH jest badaniem rozstrzygającym) Substancja czynna: Ipilimumab (ang. ipilimumab) Nazwa handlowa preparatu: Yervoy, producent Bristol-Myers Squibb Yervoy jest przeciwciałem monoklonalnym, wykazującym powinowactwo do antygenu 4 cytotoksycznych limfocytów T (CTLA-4). Lek ten w sposób pośredni wzmacnia odpowiedź immunologiczną, której mediatorem są limfocyty T. Czynność CTLA-4 polega na hamowaniu aktywności komórek układu odpornościowego, a połączenie się odpowiedniego przeciwciała z tym białkiem receptorowym prowadzi do zablokowania jego funkcji. Proliferacja i zwiększenie nacieku limfocytów T w guzach powoduje śmierć komórek nowotworowych. Wskazaniem do terapii Yervoyem jest zaawansowany czerniak (nieoperacyjny lub z przerzutami) u dorosłych pacjentów, których już wcześniej poddawano leczeniu.

12 Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Erytropoetyna zmniejsza ryzyko niewydolności serca Niskie dawki erytropoetyny, hormonu kontrolującego produkcję czerwonych ciałek krwi, mogą zmniejszyć ryzyko niewydolności serca związanej z chemioterapią. Mięsień sercowy posiada komórki macierzyste, mogące przyczynić się do jego regeneracji podczas choroby, a także starzenia się. Dotychczas niewiele wiadomo było na temat cząsteczek i ścieżek regulujących procesy naprawy. W niedawno opublikowanej w Cell Stem Cell Journal pracy profesor Denise Hilfiker-Kleiner z Hannover Medical School w Niemczech i jej współpracownicy wykazali, że erytropoetyna może zabezpieczać serce przed skutkami ubocznymi terapii przeciwnowotworowej. Krótkotrwałe podawanie erytropoetyny w niskich dawkach wydaje się być atrakcyjną drogą prowadzącą do ochrony serca podczas chemioterapii i może znaleźć szersze zastosowanie w procesach regeneracji

13 serca, podsumowuje profesor Hilfiker-Kleiner. Doksorubicyną jest skutecznym lekiem stosowanym w leczeniu szerokiej gamy nowotworów. Niestety wywołuje ona poważne skutki uboczne, w tym niewydolność serca. Blokowanie STAT3, ważnego czynnika napędzającego wzrost nowotworu jest związane z podobnym ryzykiem. Naukowcy zbadali komórki macierzyste serca myszy, które nie posiadały genu kodującego czynnik STAT3 lub które traktowano doksorubicyną. Zaobserwowano, że w obu grupach badanych myszy, komórki macierzyste serca wykazują upośledzoną zdolność do tworzenia nowych naczyń krwionośnych, które są niezbędne do dostarczania tlenu do mięśnia sercowego. Produkowały one także mniej erytropoetyny od myszy należących do grupy kontrolnej. Naukowcy stwierdzili, że erytropoetyna wiąże się z komórkami macierzystymi serca oraz że jest ona niezbędna do prawidłowego działania cząsteczek sygnałowych wymaganych do procesu tworzenia nowych naczyń krwionośnych. Zaobserwowano również, że po podaniu syntetycznej pochodnej erytropoetyny w niskiej dawce różnicowanie komórek macierzystych w komórki naczyń krwionośnych zostało odblokowane, a czynności serca zachowana. Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Katarzyna Kamel Źródło: Science Daily.

14 DNA, który skacze po naszych mózgach Mózg i sposób jego funkcjonowania są w nauce wciąż terytorium niezbadanym. Mimo, że poczyniliśmy ogromne postępy w rozumieniu procesów myślowych, wciąż nie potrafimy wytłumaczyć choćby mechanizmu, w jaki organiczne neurony tworzą pamięć, ani w jaki sposób na poziomie komórek nerwowych się uczymy. Okazuje się, że nawet genom neuronów się zmienia, prawdopodobnie po to, by zindywidualizować procesy myślowe i zwiększyć plastyczność umysłu! Retrotranspozycja to zdumiewający proces powielania się i przeskakiwania pewnych elementów DNA w inne miejsce genomu. Proces jest na tyle niewiarygodny, że jego odkrywczyni, Barbara McClintock miała problemy z przekonaniem świata o jego istnieniu. W końcu przekonano się, że pełni on wiele ważnych funkcji (między innymi generując zmienność organizmów), z tego powodu odkrycie badaczki zostało w końcu docenione i nagrodzone Noblem w roku października 2011 roku naukowcy z Edynburga dołożyli własną cegiełkę do wiedzy o retrotranspozonach, odkrywając nieznane dotychczas oddziaływanie mobilnych elementów genomu w obrębie komórek mózgu. Badacze z Roslin Institute technikami głębokiego sekwencjonowania zanalizowali post mortem mózgi trzech osób, u których nigdy nie stwierdzono chorób neurologicznych ani zmian w obrębie struktury tkanki mózgowej. Skupili się oni na dwóch obszarach funkcjonalnych: jądrach ogoniastych i hipokampie, w których

15 odkryli ogromne różnice w ilości insercji retrotranspozonowych zarówno pomiędzy badanymi osobami, jak i pomiędzy tymi dwoma obszarami mózgu u każdej z nich: w sumie opisali prawie różnic o charakterze transpozycji. Głównymi elementami ruchomymi aktywnymi w mózgu były L1 i Alu, należące do dużych rodzin transpozonów (odpowiednio 7000 i insercji w grupie badanej). Transpozony najczęściej wklejały się w aktywne transkrypcyjnie rejony genomu komórek w mózgu, a więc w geny regulujące wydzielanie i wychwyt neurotransmiterów, geny czynników transkrypcyjnych, oraz w obszary regulujące odpowiedź na neurotransmitery (ich zaburzenia powodują wiele chorób psychiatrycznych i neurologicznych) i geny supresorowe (których uszkodzenie prowadzi często do guzów mózgu). Co jednak najbardziej zaskoczyło naukowców to fakt, że istnieją różnice w intensywności retrotranspozycji pomiędzy hipokampem a jądrami ogoniastymi: w tym pierwszym, odpowiedzialnym za pamięć i uczenie się, proces był o wiele bardziej nasilony. Można więc przypuszczać, że insercje elementów ruchomych są procesem fizjologicznym, mającym wpływ na proces zapamiętywania. Jak dotąd jest to pierwsza teza dotycząca wpływu mechanizmów tego typu na plastyczność naszych umysłów. Badacze szkoccy planują eksperyment poszerzyć o kolejne próbki, które pomogą im potwierdzić to przypuszczenie. Szerzej zakrojone badania pozwolą na ocenę wpływu retrotranspozycji na zapadalność na choroby neurologiczne i nowotwory mózgu, dadzą także odpowiedź na pytanie, czy to właśnie skaczące DNA jest odpowiedzialne za wyjątkowość umysłu każdego z nas. Skoro bowiem w każdym neuronie retrotranspozycja przebiega inaczej, każdy neuron jest inny i każdy w inny sposób oddziałuje z resztą w obrębie jednego mózgu, tworząc niepowtarzalny układ myśli i uczuć, który sprawia że jesteśmy sobą a nie kimś innym. Marzena Pieronkiewicz Źródło: Scientific American.

16 Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Nie taki supresor straszny, czyli o wspólnym pochodzeniu komórek macierzystych i nowotworowych Amerykańscy naukowcy wykazali, że za powstawanie komórek nowotworowych i macierzystych odpowiedzialne są mutacje zachodzące w tych samych genach. Uzyskane wyniki torują drogę do bezpieczniejszego i bardziej praktycznego podejścia w leczeniu chorób takich jak stwardnienie rozsiane i nowotwory. Zespół badaczy z Keck School of Medicine Uniwersytetu Południowej Kalifornii pomyślnie przeprowadził przemianę komórek skóry w neurony mózgowe. Udało się to właśnie dzięki zahamowaniu ekspresji p53. Do tej pory powszechnie uważano, że zmiany zachodzące w tym regionie chromosomu prowadzą do powstawania nowotworów. W rzeczywistości czynią one komórkę bardziej

17 plastyczną i podatną na zmiany, dzięki czemu może ona służyć również dobrym celom. Przewodniczący badaniom dr Jiang F. Zhong porównuje ją do człowieka, który stracił pracę. Stoi on przed wyborem: zostać kryminalistą, czy znaleźć inne zajęcie i dzięki temu mieć pozytywny wkład w rozwój społeczeństwa. Co popycha go w jedną lub drugą stronę? Tego nie wiemy, ponieważ otaczające go środowisko jest bardzo skomplikowanym czynnikiem. Komórki macierzyste mogą ulegać nieograniczonym podziałom i procesom różnicowania się. W ludzkich embrionach tworzą one trzy odrębne grupy zwane listkami zarodkowymi. Jak dotąd nie poznano jeszcze sposobu, ani powodów, dla którego dokonują się te podziały. Wiadomo jednak, że to właśnie z tych warstw, w uporządkowany sposób formują się poszczególne tkanki i organy. Przykładowo endoderma prowadzi do powstawania żołądka, okrężnicy i płuc, mezoderma natomiast tworzy tkanki krwi, kości i serca. Zespół dr Zhonga badał komórki skóry, które podobnie jak mózg i neurony wykształcają się z ektodermy. Przy zahamowaniu ekspresji genu p53, komórki skóry zmieniły swoje właściwości i przypominały te znajdujące się w ludzkich embrionach. Jednakże były one zdolne jedynie do przekształcenia się w komórki pochodzące z tego samego listka zarodkowego, to znaczy pozostawały na linii ektodermy. Z tego powodu łatwiej je było kontrolować niż indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, mogące dokonywać dowolnych przemian. Naukowcy spodziewają się uzyskać podobne rezultaty również dzięki manipulacjom nad innymi supresorami i onkogenami, oraz innymi typami komórek. Przyszłe badania powinny pomóc w zdecydowaniu, które geny pozwolą osiągnąć pożądane rezultaty. W przyszłości może to mieć ogromne znaczenie dla terapii wykorzystujących komórki macierzyste. Literatura: Shengwen Calvin Li, Yangsun Jin, William G. Loudon, Yahui Song, Zhiwei Ma, Leslie P. Weiner, Jiang F. Zhong. Increase developmental plasticity of human keratinocytes with gene suppression, Proceedings of the National Academy of Sciences (2011).

18 Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Stare białko, nowe dodatki Po co tracić czas na generowanie nowych tworów w komórkach, skoro można wykorzystać te już istniejące? Z takiego założenia wyszli naukowcy z Yale University i postanowili zmodyfikować białka komórkowe bakterii E. coli tak, by naśladowały one naturalne stany komórki lub poszczególne stadia chorobowe. Badacze zaczęli od programowania fosforylacji białek. Zespół z Yale, pracujący pod przewodnictwem Dietera Sölla, stworzył nową metodę wpływania na zachowanie komórki, dzięki której można wywoływać dowolne jej zachowania. Głównym założeniem modyfikacji jest fosforylacja. Fosforylacja jest fundamentalnym zjawiskiem komórkowym, następuje już po wytworzeniu białka. Dzięki dodaniu do materiału genetycznego E. coli fosfoseryny, po raz pierwszy możliwe było stworzenie ufosforylowanego białka, bezpośrednio w oparciu o DNA. Modyfikując poszczególne fragmenty kwasów nukleinowych udało się stworzyć ludzkie białka z ich naturalnymi miejscami

19 fosforylacji, programując tym samym komórkę, na przykład jako nowotworową. Naukowcy pod przewodnictwem Sölla, pracują nad tworzeniem ufosforylowanych białek, znanych z powiązań z nowotworami, cukrzycą typu drugiego i nadciśnieniem. Programowe wywoływanie konkretnych stanów komórkowych, daje zupełnie nowe możliwości badania procesów komórkowych, takich jak podziały czy różnicowanie. Pokazują nowe drogi diagnozowania chorych i poszukiwania skuteczniejszych leków. Twórcy nowej metody przekonują, że nadaje się ona do modyfikowania dowolnych białek, nie tylko tych, którymi zajmują się oni sami. Jak widać nie wszyscy muszą zaczynać od zera. Czasem lepiej jest poprawić to, czym od dawna dysponujemy. Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Marta Danch Źródło: Phys Org.

20 Test na białaczkę Odkryto nowy defekt genetyczny predysponujący ludzi do zachorowań na mielodysplazję szpiku kostnego oraz ostrą białaczkę. Mutację tę zlokalizowano w genie GATA2, który jest odpowiedzialny, między innymi, za kodowanie czynników transkrypcyjnych i kontrolę procesu przekształcania się prymitywnych komórek krwiotwórczych w białe krwinki. Wyniki uzyskano dzięki międzynarodowej współpracy naukowców i opublikowano 4 września w Nature Genetics. Zespół mielodysplastyczny jest to grupa rzadkich zaburzeń szpiku kostnego uniemożliwiająca różnicowanie się i prawidłowe dojrzewanie komórek krwi. Stan ten prowadzi do opornej na leczenie niedokrwistości i wymaga przeprowadzania częstych transfuzji. Ponadto u około jednej trzeciej pacjentów rozwija się w ciężką białaczkę szpikową, czyli nowotwór układu krwiotwórczego. Niektóre rodziny zdają się mieć szczególne, wrodzone predyspozycje do tego typu chorób. Spostrzeżenie to skłoniło naukowców do poszukiwania genetycznej przyczyny schorzenia. Jak do tej pory zidentyfikowano już niektóre zmiany powiązane ze złośliwymi nowotworami, takimi jak, na przykład, rak piersi. Wciąż jednak bardzo niewiele wiadomo o mutacjach warunkujących powstawanie nowotworów krwi. Po raz pierwszy zmiana taka została odkryta u mieszkańca stanu Waszyngton (USA), wyleczonego z białaczki dzięki udanemu przeszczepowi szpiku kostnego. Podobne choroby krwi występowały wśród jego krewnych z dużą częstotliwością, w związku z czym całą rodzinę poddano szczegółowym analizom, a wyniki porównano z uzyskanymi w badaniach na Australijczykach z Adelajdy, którzy wykazywali podobne dziedziczne zaburzenia. Po trwających osiemnaście lat poszukiwaniach odkryto wreszcie wspólną dla nich

21 mutację genu GATA2, warunkującą utratę funkcji niezbędnych do produkcji zdrowych białych krwinek. Zmianę tą zidentyfikowano następnie u ponad dwudziestu innych rodzin oraz pojedynczych osób cierpiących na bardziej powszechne i niedziedziczone białaczki. Jest zatem prawdopodobne, że wszystkie nowotwory szpiku rozwijają się w podobny sposób, a dziedziczny błąd jest bardziej powszechny niż się z początku spodziewano. W niektórych rodzinach z mutacją GATA2 nadrzędną chorobą jest białaczka, u innych obserwuje się natomiast niebezpieczne infekcje bakteryjne, wirusowe i grzybowe pojawiające się w wyniku braku białych krwinek mogących walczyć z zarazkami. W USA prowadzone są już badania kliniczne, które pomogą opracować nowe środki terapeutyczne do walki z białaczką oraz wskazać konkretne zalecenia dla osób z mutacją GATA2. Ludzie obarczeni rodzinnym ryzykiem wystąpienia białaczki już niedługo będą mogli zbadać się za pomocą testu wykrywającego błąd genetyczny. Pomoże to właściwie rozpoznać pierwsze symptomy choroby oraz pozwoli lekarzom podjąć trafne decyzje co do stosowanej terapii. Literatura: Materiały udostępnione przez University of Washington; Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej

22 Wyizolowano pojedyncze komórki macierzyste Po raz pierwszy udało się otrzymać pojedyncze ludzkie komórki macierzyste, których różnicowanie można w pełni kontrolować. Być może przyniesie to całkiem nowe możliwości efektywniejszego leczenia nowotworów i innych schorzeń. Komórki macierzyste niezwykle rzadko występują w organizmie dorosłego człowieka. Wyizolowanie pojedynczych komórek macierzystych ze szpiku, pozwoliło odtworzyć pełne różnicowanie hematopoetyczne wszystkich rodzajów komórek krwi z jednej tylko komórki macierzystej. Nowa metoda izolacji minimalizuje ilość potrzebnego materiału biologicznego, pobieranego od pacjenta, maksymalizując przy tym drzemiący w pojedynczej komórce potencjał. Efektywna izolacja komórek macierzystych staje się przede wszystkim szansą dla chorych na ostrą białaczkę szpikową. Powodowane przez chorobę wypieranie zdrowych krwinek, przez nowotworowo zmienione granulocyty produkowane w szpiku, prowadzi do niedokrwistości i obniżenia odporności chorego. Możliwość stworzenia całego profilu krwi z kilku komórek, byłoby obiecującym remedium. Twórcą metody jest John Dick genetyk molekularny z McEwen Centre for Regenerative Medicine and the Ontario Cancer Institute, University Health Network (UHN). Zasłynął on już na polu komórek macierzystych prowadząc badania nad wykorzystaniem ich w leczeniu białaczki i nowotworów okrężnicy. Dr. John Dick jest współtwórcą projektu badawczego nowotworowych komórek

23 macierzystych (CSC). Opiera się on o jedną z teorii nowotworzenia według niego guz rozwija się z nowotworowych komórek macierzystych. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że zmutowane komórki macierzyste powodują nawroty choroby oraz przerzuty, gdyż zwykłe komórki nowotworowe nie są w stanie dać początku nowemu guzowi. Mając świadomość powstawania białaczki, zespół z Ontario stara się stworzyć odpowiedni sposób leczenia. Pierwsze udane próby izolacji pojedynczych komórek macierzystych i odtworzenie z nich wszystkich rodzajów komórek krwi stanowi dobry początek obiecującej terapii. Więcej na ten temat można przeczytać tutaj. Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Marta Danch Źródło: Medical Xpress.

24 Prozdrowotna moc polifenoli Badania wykazują, że dieta bogata w polifenole przyczynia się do obniżenia zapadalności na różne choroby. Ze względu na swoje lecznicze działanie, powszechne występowanie i łatwy dostęp związki polifenolowe budzą coraz większe zainteresowanie wśród naukowców. Związki polifenolowe stanowią dużą grupę substancji naturalnie występujących w roślinach. Pełnią różnorodne funkcje: chronią je przed działaniem patogenów i szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym, stanowią substraty w reakcjach biosyntez, przyciągają owady zapylające, posiadają zdolność działania jako hormony roślinne i regulatory wzrostu. Odpowiadają, między innymi, za granatowe zabarwienie owoców jagodowych oraz pomarańczowe i żółte zabarwienie owoców cytrusowych. Występują we wszystkich częściach roślin: kwiatach, owocach, nasionach, liściach, korzeniach, korze i częściach zdrewniałych, ale nie są syntetyzowane w organizmach zwierząt i ludzi. Dlatego ważnym elementem zróżnicowanej diety są warzywa i owoce w odpowiednich ilościach. Związki polifenolowe różnią się między sobą budową chemiczną, wielkością a także rodzajem i ilością grup funkcyjnych. Zbudowane są z grup fenolowych, czyli grup wodorotlenowych połączonych z atomami węgla pierścieni aromatycznych. Do tej pory udało się zidentyfikować ponad 8000 związków chemicznych o charakterze polifenolowym. Pod względem struktury podstawowego szkieletu węglowego związki polifenolowe dzielimy na: kwasy fenolowe (pochodne kwasu hydroksybenzoesowego i hydrokycynamonowego), flawonoidy (flawonole, flawanole, flawanony, flawony, antocyjanidy, izoflawnoidy), stilbeny oraz taniny. Badania wykazują, że polifenole posiadają właściwości antyoksydacyjne,

25 przeciwzapalne, przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe a także przeciwzakrzepowe. Coraz więcej eksperymentów prowadzonych jest pod względem wykorzystania mocy polifenoli w zapobieganiu i terapii chorób układu krążenia, układu oddechowego i nerwowego a także cukrzycy, niektórych schorzeń narządu wzroku, otyłości i chorób nowotworowych. Przykładowo, pożądane działanie w leczeniu cukrzycy wykazuje epikatechina, występująca w zielonej herbacie. Na skutek jej działania dochodzi do przekształcenia proinsuliny w insulinę oraz stymulacji syntezy i wydzielanie insuliny w komórkach β trzustki. Resweratrol i kwercetyna, polifenole występujące m.in.w winogronach i czerwonym winie, chronią układ krążenia, przeciwdziałają miażdżycy, poprawiają przepływ krwi i obniżają ciśnienie. Związki takie jak epigenina i galusan epigalokatechiny (EGCG) wykazują pozytywny wpływ na ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy. Natomiast kurkumina, kwercetyna, resweratrol i EGCG działają także przeciwnowotworowo i przeciwzapalnie. Hamują podziały komórek nowotworowych, kierują je na drogę apoptozy oraz wpływają na aktywność białek biorących udział w regulacji cyklu komórkowego. Zapobiegają także tworzeniu nowych naczyń krwionośnych w guzie nowotworowym (angiogeneza) oraz przeciwdziałają przerzutowaniu do innych tkanek (metastaza). Związki polifenolowe odgrywają również znaczącą rolę w opóźnianiu i łagodzeniu objawów menopauzy a także obniżają zachorowalność na osteoporozę kobiet w okresie postmenopauzalnym. Dotychczasowe badania wykazują prozdrowotne działanie związków polifenolowych. Ze względu na ogólno pozytywny wpływ na organizm ludzki, substancje te dobrze rokują jako potencjalne leki przeciw wielu chorobom w przyszłości. Anita Lewandowska Literatura: Grajek Włodzimierz, Rola przeciwutleniaczy w zmniejszaniu ryzyka wystąpienia nowotworów i chorób układu krążenia, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, Tom 38 (2004), s Jeszka Magdalena et. al., Związki fenolowe charakterystyka i znaczenie w technologii żywności, Nauka. Przyroda. Technologie, Tom 4 (2010). Majewska Monika, Czeczot Hanna, Flawonoidy w profilaktyce i terapii, Terapia i Leki, Tom 65 (2009), s

26 Miller Elżbieta et. al., Rola flawonoidów jako przeciwutleniaczy w organizmie człowieka, Polski Merkuriusz Lekarski, Tom XXIV (2008), s Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej Wyspecjalizowane nanocząstki dostarczą lek do chorych komórek Wykorzystanie nanocząstek (drobin o nanometrowych rozmiarach) w medycynie klinicznej jest obiecującym, alternatywnym sposobem dostarczania substancji leczniczych, które ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne nie mogą być podawane klasycznymi metodami. Inżynieria materiałowa dąży do stworzenia bezpiecznych cząstek, które będą efektywnie dostarczały duże dawki leku do docelowych komórek ludzkiego organizmu nie będąc jednocześnie degradowanymi przez układ immunologiczny. Naturalną przeszkodą napotykaną przez leki podawane zarówno doustnie,

27 domięśniowo jak i dożylnie są błony biologiczne. Z tego powodu największe straty podanej substancji czynnej zachodzą na etapie jej wchłaniania i dystrybucji do miejsca działania. Jest to spowodowane właściwościami błon komórkowych, których składniki lipidowe tworzą barierę przepuszczalności. Właściwości hydrofobowe fosfolipidowej błony komórkowej oraz potencjał błonowy nie pozwalają wnikać do komórki dużym oraz silnie zjonizowanym cząsteczkom. Dlatego tak wiele mówi się o nowoczesnych systemach dostarczania leków do komórek. Idealny system dostarczania leków powinien być zdolny do przenoszenia zróżnicowanych chemicznie substancji w dużych ilościach, ponadto powinien cyrkulować we krwi przez dostatecznie długi czas bez eliminacji ze strony systemu immunologicznego. Ostatnią, lecz nie mniej ważną cechą, jest specyficzność względem docelowych komórek i zdolność omijania zdrowych (np. wiązanie do komórek w zmienionych nowotworowo tkankach). Większość spośród znanych nanocząstek, które znalazły już zastosowanie w leczeniu to technologie oparte na bazie liposomów. Liposomy są to pęcherzyki zbudowane z podwójnej warstwy lipidowej otaczającej rdzeń wodny. Skład tych lipidów może być bardzo zbliżony do kompozycji naturalnych błon biologicznych. W ich wnętrzu można zamykać substancje hydrofilowe jak i lipofilowe. Przewaga liposomów nad wolnym lekiem polega na tym, że mogą one ulegać fuzji z błoną plazmatyczną wielu rodzajów komórek, wprowadzając do nich swoją zawartość. Dodatkową zaletą liposomów jest niska immunogenność (stopień wywoływania reakcji immunologicznej) oraz długi czas cyrkulacji we krwi. Pomimo, iż o liposomach wiadomo już bardzo dużo, istnieją wciąż pewne ograniczenia w ich wytwarzaniu. Dwuwarstwy fosfolipidowe mogą bowiem występować w fazie płynnej, w której lipidy swobodnie przemieszczają się wzdłuż płaszczyzny albo w fazie żelowej z ograniczoną mobilnością lipidów. Kompozycja lipidów sprzyjająca powstaniu szczelnych liposomów nadaje im postać sztywnej żelowej otoczki. Natomiast umieszczając na powierzchni liposomu cząsteczki sygnałowe (np. peptydy specyficznie wiążące receptory znajdujące się na powierzchni chorych komórek) zależy nam na kompozycji płynnej, aby mogły one przemieszczać się wzdłuż pęcherzyka zwiększając tym samym powierzchnię kontaktu. Biorąc pod uwagę wspomniane kryteria dlaczego by nie pójść jeszcze dalej? Zespół badawczy Jeffrey a Brinkera z University of New Mexico zaprezentował niedawno w Nature Materials nowy rodzaj złożonych nanocząstek, będących

28 hybrydą pomiędzy klasycznym liposomem a porowatą cząstką krzemową. W ten sposób wykorzystano zalety liposomów ulepszając je pod względem stabilności oraz selektywności. Udało im się wyprodukować krzemowy rdzeń wypełniony różnorodnymi substancjami to w nim miałby się znajdować potencjalny lek. Krzemowa cząstka porowata pokrywana jest następnie otoczką z płynnej dwuwarstwy lipidowej, zapewniającej swobodny ruch umieszczonych na jej powierzchni cząsteczek sygnałowych. Pozwala to na użycie małej liczby tych cząsteczek, co nie wywoływałoby wzmożonej odpowiedzi ze strony układu immunologicznego, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej selektywności. Oddziaływania pomiędzy rdzeniem a otoczką lipidową zapewniają szczelność nanocząstek i stabilność wobec składników krwi. Cząstki krzemowe mogą okazać się idealnym systemem przenoszenia dużych dawek leku, który absorbowany zostaje wewnątrz rozległej powierzchni porowatej rdzenia. Po wniknięciu do wnętrza komórki w postaci endosomu, nanocząstki uwalniają lek do cytoplazmy a rdzeń krzemowy ulega degradacji do kwasu krzemowego, który zostaje usunięty z organizmu. Inny ciekawy przykład nano-przenośników leków pochodzi z laboratorium L. Zhanga z Centrum Onkologii w University of California. Stworzono tam nanocząstki pozorujące krwinki czerwone. Jako zewnętrzny element nośnika wykorzystano tu naturalne błony erytrocytów w celu uśpienia czujności systemu immunologicznego, więcej na ten temat można dowiedzieć się tutaj. Często pojawiające się doniesienia o nowych systemach przenoszenia leków świadczą o szybkim tempie w jakim rozwija się ta dziedzina. Nanomedycyna (kierunek nanotechnologii, gdzie wykorzystuje się nanomateriały w celach diagnostyki oraz leczenia chorób), poprzez zaawansowane techniki modyfikacji nanomateriałów pod względem kompozycji, struktury, rozmiaru i kształtu, będzie dążyć do uzyskania wysoce selektywnych (minimalne efekty uboczne) systemów dostarczania leków do docelowych komórek. Agnieszka Gołąb

29 Markery powierzchniowe limfocytów B to dobry cel dla leczenia celowanego w białaczkach limfoidalnych pochodzących z linii B- komórkowej