Terapia genowa w farmacji

Metoda leczenia za pomocą genów ma już za sobą kilkanaście lat intensywnych badań. Dziś naukowcy wiedzą, że wprowadzanie
do chorych tkanek, kodujących terapeutyczne białka, kwasów nukleinowych pozwala działać precyzyjnie na źródło choroby.

Oczywistym zastosowaniem terapii genowej są choroby dziedziczne – ich przyczyna leży po stronie niewłaściwych alleli, dlatego naturalnym wydaje się szukanie sposobów na ich zastąpienie lub uzupełnienie. Leczenie z użyciem kwasów nukleinowych nie działa wtedy na ich objawy, ale bezpośrednio na przyczyny choroby. Przykładem z ostatnich lat może być wyleczenie w 2009 roku pacjentów cierpiących na ślepotę Lebera – wrodzone upośledzenie zmysłu wzroku. Podobnym sukcesem była skuteczna terapia chłopców chorych na adrenoleukodystrofię, którym podanie brakującego genu ABCD1 przywróciło prawidłowy metabolizm kwasów tłuszczowych i umożliwiło normalne życie.

Nośniki
Badania nad terapią genową to w dużej części poszukiwanie efektywnych nośników genów. Organizm człowieka, w odruchu naturalnej obrony, odrzuca podawany mu obcy DNA. Sposobem na ominięcie tego zjawiska jest użycie substancji, które neutralizują ładunek kwasu nukleinowego, zmniejszają jego rozmiary i chronią przed wrogimi enzymami. Bardzo ciekawą strategią jest używanie wirusów, które pozbawione własnego materiału genetycznego, służą jako nośniki DNA. Naukowcy wykorzystując ich naturalną zdolność do infekowania komórek, otrzymują bardzo wydajny sposób wprowadzania genów terapeutycznych.

Zastosowanie
Terapia genowa to nie tylko choroby dziedziczne. Obecnie większość badań w tej dziedzinie dotyczy chorób układu krążenia i nowotworów. Te dwie grupy schorzeń łączy nie tylko częstość występowania. W obu przypadkach dochodzi do zaburzeń w procesach tworzenia i odnowy naczyń krwionośnych. Aby wyjaśnić to stwierdzenie należy przyjrzeć się bliżej procesom formowania naczyń w organizmie – czyli waskulogenezie, angiogenezie i arteriogenezie. Pierwsze z trzech pojęć dotyczy jedynie życia płodowego i zachodzi z udziałem angioblastów – komórek macierzystych krwi. Angiogeneza (w przypadku dużych naczyń nazywana arteriogenezą) to tworzenie naczyń u dorosłych osobników. Angiogenezę obserwuje się zarówno w procesach fizjologicznych (np. w cyklu menstruacyjnym), jak i patologicznych. W chorobie wieńcowej, czy niedokrwieniu kończyn dolnych, organizm stara się wytworzyć nowe naczynia zastępujące niedziałające połączenia. Z kolei guzy nowotworowe w sposób niekontrolowany zwiększają liczbę otaczających je naczyń, dążąc do większej podaży substancji odżywczych. Naukowcy za pomocą genów kodujących odpowiednie cytokiny, starają się wpływać na angiogenezę. Podawanie np. naczyniowo-śródbłonkowego czynnika wzrostu (VEGF – Vascular Endothelial Growth Factor) wywołuje zwiększenie unaczynienia – jego próby na sercu dały wyraźny efekt poprawy krążenia wieńcowego. Takie terapeutyczne „sterowanie” angiogenezą wydaje się być obiecującą formą terapii.

Komórki progenitorowe
Pogłębione badania nad mechanizmami angiogenezy doprowadziły do odkrycia pod koniec XX wieku śródbłonkowych komórek progenitorowych – w skrócie EPC (ang. Endothelial Progenitor Cells). Procesy naprawy i tworzenia nowych naczyń krwionośnych, utożsamiane dotąd jedynie z podziałem dojrzałych komórek śródbłonka naczyń, okazały się być wynikiem ich działania.
EPC to rodzaj komórek macierzystych – nie tak wszechstronnych, jak te obecne w życiu płodowym, ale mogących się dzielić i przekształcać w komórki jednej tkanki – śródbłonka naczyń. Jest to cecha wszystkich progenitorów. Dzięki ich zdolności do specjalizacji, dorosłe organizmy mogą w awaryjnych sytuacjach regenerować swoje tkanki. EPC to komórki ledwo uchwytne – stanowią nie więcej niż 0,002 proc. ogółu krwinek, a do tego pozornie nie różnią się od wielu innych komórek jednojądrzastych krążących we krwi. Różnice można zauważyć dopiero oznaczając specyficzne białka na błonie komórkowej – markery powierzchniowe. To dzięki markerom możemy obecnie skutecznie wykrywać i izolować EPC. Co ciekawe największa pula EPC nie krąży stale we krwi tylko przez większość czasu przechowywana jest w miejscu wytwarzania, tzn. w szpiku kostnym. Dopiero uszkodzenia naczyń lub niektóre choroby zmuszają organizm do uwalniania tej rezerwy. Wydzielane wtedy chemoatraktanty zmniejszają oddziaływanie EPC z macierzą szpiku, promują ich przenikanie do krwiobiegu i migrację do chorych tkanek. U pacjentów z poparzeniami, liczba komórek progenitorowych we krwi w ciągu kilku godzin może wzrosnąć nawet pięćdziesięciokrotnie. Ich dokładny mechanizm działania nie jest wyjaśniony, ale dowiedziono, że EPC nie tylko wbudowują się w nowopowstające naczynia, ale też wydzielają substancje mobilizujące do działania istniejące komórki naczyń.

Opisane obserwacje otworzyły drogę do zastosowania EPC w terapii. Naukowcy poszukują sposobu, który „zachęciłby” komórki progenitorowe do opuszczania szpiku, tak aby w naturalny dla organizmu sposób poprawiać stan naczyń w chorobie wieńcowej, czy niedokrwieniu kończyn dolnych.

W jaki sposób terapia genowa i progenitory śródbłonka wiążą się ze sobą? Otóż jednym ze sposobów na zwiększenie stężenia EPC we krwi wydaje się być obecnie podawanie genów, które mobilizują ich uwalnianie. Wśród pierwszych czynników, które zastosowano w tym celu, był wymieniony wcześniej VEGF. Trwają również badania nad innymi cytokinami, które w naturalnych warunkach stymulują rozrost naczyń, np.: SDF (stromal derived factor) i FGF (fibroblast growth factor). Ciekawe jest też zastosowanie genu SHH (Sonic Hedgehog), utożsamianego do niedawana głównie z rozwojem embrionalnym. SHH, który w życiu płodowym warunkuje prawidłowe tworzenie kończyn i narządów wewnętrznych, zdaje się wydajnie rekrutować EPC ze szpiku kostnego oraz stymulować wydzielanie innych czynników proangiogennych.

Przyszłość
Skuteczny preparat genowy, działający na EPC, ma docelowo wzbogacić arsenał leków stosowanych w chorobach układu krążenia. Oprócz chorób niedokrwiennych kończyn dolnych, to także nowa możliwość dla cukrzyków z powikłaniami naczyniowymi. Mnogość form farmaceutycznych, jakie można nadać takiemu lekowi, daje też nadzieję np. na preparat stosowany miejscowo. „Maść genowa” mogłaby być stosowana w terapii odleżyn, łysienia, czy trudno gojących się ran. Z kolei stworzenie stabilnej formy wziewnej otwiera drogę do leczenia chorób płuc.

Nowe możliwości stosowania genów i komórek macierzystych, to wynik postępu nie tylko biologii molekularnej i genetyki, ale też farmacji. Pozostaje mieć nadzieję, że terapia genowa i komórkowa otworzą nowe rozdziały w leczeniu chorób cywilizacyjnych. W chwili obecnej stanowią podstawę badań eksperymentalnych, rozpraw doktorskich młodych naukowców ­­– farmaceutów.

tekst:
mgr Piotr Sunderland,
prof. Maciej Małecki
Zakład Biologii Molekularnej Wydział Farmaceutyczny, WUM