Прорыв в области мРНК может позволить разработать индивидуальные методы лечения рака и генетических дефектов: польская команда ученых номинирована на премию European Inventor Award 2018.
- Предпосылкой для полностью персонализированной медицины с максимальной эффективностью является предложение лечения, адаптированного к индивидуальным пациентам и их конкретным заболеваниям, в том числе на клеточном уровне.
Это цель польских ученых: Яцека Емиелиты, Джоанны Ковальской, Эдварда Даржинкевича и их команды.
Они разработали прочный, более эффективный и простой в производстве конец молекулы мРНК - так называемый cap, который говорит клетке производить определенные белки.
Методика, предложенная учеными, позволяет нам думать о медицинских решениях, которые корректируют генетическую информационную систему организма, не внося прямых изменений в ДНК пациента.
За свои достижения Джемилити, Ковальска, Даржинкевич и группа ученых из Варшавского университета были номинированы на финал конкурса European Inventor Award 2018 в категории «Исследования». Лауреаты премии EPO этого года будут объявлены на церемонии, которая состоится 7 июня в Париже.
«Концепция, предложенная польскими учеными, может расширить использование персонализированной медицины, основанной на молекулярной биологии», - сказал Бенуа Баттистелли, президент ЕПВ. «Это изобретение отражает то, как европейские медицинские исследования помогают создавать новые концепции лечения рака и других смертельных заболеваний, которые потенциально могут принести пользу миллионам людей».
Личный опыт, который способствовал развитию персонализированной медицины
Для Яцека Джемилити, который работает в области биоорганической химии в Варшавском университете, вопрос разработки новых методов лечения таких заболеваний, как рак, имел особое значение.
В то время как его команда занималась разработкой более стабильной, химически модифицированной мРНК в качестве носителя лекарств, его дочь заболела лейкемией.
«Я провел много времени в больнице, где видел, как много детей борются за свои жизни», - говорит Джемилити. «Ее болезнь была чрезвычайно важной мотивацией для моей работы».
И хотя дочь ученого полностью выздоровела, ежегодно диагностируется более 10 миллионов новых случаев различных форм рака.
Рак во всех его формах - вторая ведущая причина смерти в мире. Стандартные методы лечения, такие как хирургия, лучевая терапия и химиотерапия, достигают значительного прогресса.
Однако тот факт, что, по оценкам, у двух из пяти человек может развиться рак на протяжении всей своей жизни, и, как следствие, огромные финансовые затраты и влияние на жизнь пациентов, сделали исследования новых концепций лечения рака приоритетом в медицине.
Перспективным направлением лечения является область персонализированной медицины, предлагающая методы лечения, основанные на ДНК пациента.
Цель состоит в том, чтобы понять генетическую причину заболевания, либо путем определения участков ДНК, которые привели к его развитию, либо путем обнаружения генетической мутации, ответственной за аномальный рост клеток, типичных для рака.
Новая концепция модификации мРНК
Человеческая ДНК содержит около 20 000 генов, содержащих инструкции по созданию белков, ферментов и других частиц, из которых состоит тело.
Однако внесение изменений в ДНК настолько дорого, сложно и рискованно, что на сегодняшний день одобрено лишь несколько методов генной терапии.
В основном они основаны на модифицированных ретровирусах, которые могут проскальзывать через механизмы защиты клетки и вводить новую информацию непосредственно в ядро клетки.
Гораздо менее инвазивный подход - сосредоточиться на том, как информация, записанная в ДНК, передается в рибосомы клетки, где выполняются команды для производства белка, закодированные в ДНК.
За передачу этой информации отвечают молекулы, называемые матричной РНК (мРНК). Она недолговечна по своей природе, поэтому человеческие ферменты и белки обычно разрушают любую модифицированную внешне встроенную мРНК до того, как она передала предполагаемый терапевтический эффект рибосоме.
Основываясь на исследованиях, начатых четырьмя десятилетиями ранее, Джемилити и его команда предложили другой подход, сосредоточив внимание на тонких структурах на конце каждой молекулы мРНК, известных как 5'-кэп. «Структура кэпа очень важна для метаболизма мРНК, потому что без нее мРНК очень быстро разрушается и не может выполнять свои функции. Таким образом, кэп защищает мРНК от деградации ».
Исследовательская группа изменила один из примерно 80 000 атомов типичной молекулы мРНК, заменив атом кислорода на атом серы. Таким образом был создан синтетический кэп мРНК.
Запатентованное изобретение, получившее название Beta-S-ARCA, привело к созданию стабильной мРНК, в пять раз более эффективной и в три раза более стабильной в клетке, чем встречающаяся в природе молекула, открыв путь для разработки методов лечения на основе мРНК.
Из лаборатории на рынок
После начала процесса европейского патента в 2008 году команда сформировала партнерство с BioNTech из Университета Майнца (Германия), которая специализируется на генной терапии.
Первые клинические испытания с использованием кэпов мРНК, разработанных командой UW, начались два года спустя. В 2013 году BioNTech предоставила лицензию на технологию стабильной мРНК важнейшим фармацевтическим компаниям, включая французскую Sanofi S.A. и Genetech Inc.
В июле 2017 года BioNTech опубликовала многообещающие результаты первых испытаний на людях персонализированной противораковой вакцины на основе мРНК с использованием колпачков, разработанных Джемилити и его командой.
У восьми из 13 участников исследования, у которых были рецидивы регрессивной меланомы, не было раковых клеток в течение 23 месяцев исследования.
Напротив, у одного из пяти человек, у которых развились новые опухоли, действительно наблюдалось уменьшение опухоли.
Исследуемая вакцина, которая также может быть адаптирована для лечения других типов рака, основана на секвенировании ДНК опухоли пациента и сравнении ее с ДНК нормальной ткани.
После идентификации мутации в организм пациента вводится искусственно измененная мРНК, позволяющая иммунной системе обнаруживать и уничтожать раковые клетки.
BionTech планирует протестировать эту технологию вместе с противораковым препаратом Tecentriq.
Исследовательская команда
Уже в 1980-х годах сотрудники Варшавского университета намного опередили своих коллег, занимающихся стабилизацией мРНК, задолго до того, как она стала считаться структурным элементом, который потенциально может быть использован в терапии, спасающей жизнь.
Эдвард Даржинкевич, опытный член команды, получил степень магистра в 1970 году и защитил докторскую диссертацию по органической химии в Варшавском университете в 1976 году, а с 2009 года он работал в Варшавском университете в должности профессора физики.
Он возглавляет лабораторию экспрессии генов на факультете физики Варшавского университета и междисциплинарную лабораторию молекулярной биологии и биофизики в Центре новых технологий Варшавского университета.
В 2015 году награжден медалью Леона Марчлевски за выдающиеся достижения в области биохимии и биофизики. Он является соавтором 208 научных публикаций, трех европейских патентов и одного патента США.
Яцек Джемилити также работает в Центре новых технологий Варшавского университета в качестве профессора органической химии с 2013 года и в настоящее время возглавляет там лабораторию органической химии.
Он автор трех европейских патентов и почти 100 научных публикаций. За свои научные достижения он получил Премию ректора Варшавского университета и Премию физического факультета Варшавского университета.
Джоанна Ковальска работает доцентом физического факультета кафедры биофизики Варшавского университета с 2011 года. В настоящее время он также является менеджером проектов.
Г-жа Джоанна является автором более 50 научных работ и трех европейских патентов. Она получила награду ректора Варшавского университета второй степени, награду физического факультета Варшавского университета и премию проф. Пеньковский.
В 2018 году Джемилити, Ковальска, Даржинкевич и их команда были удостоены за свои изобретения Экономической премии президента Польши в категории «Исследования и разработки».
