Descoperirea ARNm ar putea permite dezvoltarea de tratamente personalizate pentru cancer și defecte genetice: echipa poloneză de oameni de știință nominalizată la Premiul pentru inventator european din 2018.
- Condiția pentru dezvoltarea unei medicamente complet personalizate, cu eficacitate maximă, este de a oferi terapii adaptate pacienților individuali și bolilor specifice acestora, de asemenea, la nivel celular.
Acesta este scopul oamenilor de știință polonezi: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz și echipa lor.
Ei au dezvoltat un capăt durabil, mai eficient și mai ușor de produs al moleculei de ARNm - așa-numitul cap, care instruiește celula să producă proteine specifice.
Tehnica propusă de oamenii de știință ne permite să ne gândim la soluții medicale care corectează sistemul de informații genetice al corpului fără a face modificări directe la ADN-ul pacientului.
Pentru realizările lor, Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz și o echipă de oameni de știință de la Universitatea din Varșovia au fost nominalizați la finala Premiului European Inventor 2018 în categoria „Cercetare”. Câștigătorii premiului EPO din acest an vor fi anunțați la o ceremonie care va avea loc pe 7 iunie la Paris.
„Conceptul propus de oamenii de știință polonezi poate extinde utilizarea medicamentelor personalizate bazate pe biologia moleculară”, a spus Benoît Battistelli, președintele EPO. „Această invenție reflectă modul în care cercetarea medicală europeană contribuie la crearea de noi concepte pentru tratamentul cancerului și a altor boli mortale care ar putea aduce beneficii milioane de oameni.”
O experiență personală care a contribuit la dezvoltarea medicinei personalizate
Pentru Jacek Jemielity, care lucrează în chimia bioorganică la Universitatea din Varșovia, problema dezvoltării de noi metode de tratare a bolilor precum cancerul a fost de o importanță deosebită.
În timp ce echipa sa cerceta dezvoltarea unui ARNm mai stabil, modificat chimic ca purtător de medicamente, fiica sa a dezvoltat leucemie.
„Am petrecut mult timp în spital, unde am văzut mulți copii luptându-se pentru viața lor”, spune Jemielity. "Boala ei a fost o motivație extrem de importantă pentru munca mea."
Și, deși fiica omului de știință și-a revenit complet, în fiecare an sunt diagnosticate peste 10 milioane de cazuri noi de diferite forme de cancer.
Cancerul, sub toate formele sale, este a doua cauză de deces în lume. Tratamentele standard precum chirurgia, radioterapia și chimioterapia fac progrese semnificative.
Cu toate acestea, faptul că, conform estimărilor, două din cinci persoane pot dezvolta cancer pe tot parcursul vieții și costurile financiare uriașe rezultate și impactul asupra vieții pacienților au făcut din cercetarea noilor concepte în tratamentul cancerului o prioritate medicală.
O direcție promițătoare de tratament este domeniul medicinei personalizate, oferind terapii bazate pe ADN-ul pacientului.
Scopul este de a înțelege cauza genetică a bolii, fie prin localizarea zonelor de ADN care au condus la dezvoltarea acesteia, fie prin găsirea mutației genetice responsabile de creșterea anormală a celulelor tipice cancerului.
Un nou concept de modificare a ARNm
ADN-ul uman conține aproximativ 20.000 de gene care conțin instrucțiuni pentru fabricarea proteinelor, enzimelor și a altor particule care alcătuiesc corpul.
Cu toate acestea, modificarea ADN-ului este atât de costisitoare, dificilă și riscantă încât până în prezent au fost aprobate puține terapii genetice.
Ele se bazează în cea mai mare parte pe retrovirusuri modificate care pot aluneca prin mecanismele de apărare celulară și pot introduce noi informații direct în nucleul celular.
O abordare mult mai puțin invazivă este de a ne concentra asupra modului în care informațiile scrise în ADN sunt transferate în ribozomii celulei, unde sunt efectuate comenzile pentru producția de proteine codate în ADN.
Moleculele denumite ARN mesager (ARNm) sunt responsabile pentru transmiterea acestor informații. Este de scurtă durată în natură, astfel încât enzimele și proteinele umane au degradat în mod obișnuit orice ARNm modificat inserat extern înainte de a comunica efectul terapeutic intenționat ribozomului.
Bazându-se pe cercetările începute cu patru decenii mai devreme, Jemielity și echipa sa au propus o abordare diferită, concentrându-se pe structurile delicate de la capătul fiecărei molecule de ARNm, cunoscută sub numele de capacul 5 '. Structura capacului este foarte importantă pentru metabolismul ARNm, deoarece fără aceasta, ARNm se descompune foarte repede și nu își poate îndeplini funcțiile. Prin urmare, capacul protejează ARNm de degradare.
Echipa de cercetători a schimbat unul dintre cei aproximativ 80.000 de atomi ai unei molecule tipice de ARNm prin înlocuirea atomului de oxigen cu un atom de sulf. În acest fel a fost creat un capac de ARNm sintetic.
Invenția brevetată - numită Beta-S-ARCA - a condus la crearea unui ARNm stabil, de cinci ori mai eficient și de trei ori mai stabil în celulă decât o moleculă naturală, deschizând calea pentru dezvoltarea terapiilor pe bază de ARNm.
De la laborator la piață
După începerea procesului de brevetare european în 2008, echipa a format un parteneriat cu BioNTech de la Universitatea din Mainz (Germania), specializată în terapii genetice.
Testele clinice inițiale folosind capace de ARNm dezvoltate de echipa UW au început doi ani mai târziu. În 2013, BioNTech a licențiat tehnologia stabilă a ARNm celor mai importante companii farmaceutice, inclusiv francezei Sanofi S.A. și Genetech Inc.
În iulie 2017, BioNTech a publicat rezultate promițătoare ale primelor studii la om cu un vaccin anticancer personalizat pe bază de mARN folosind capace dezvoltate de Jemielity și echipa sa.
Opt din cei 13 participanți la studiu care au avut recidive regresive ale melanomului nu au avut celule canceroase în cele 23 de luni de studiu.
În schimb, una dintre celelalte cinci persoane care au dezvoltat noi tumori a arătat o scădere a tumorii.
Vaccinul de studiu, care poate fi, de asemenea, adaptat pentru a trata alte tipuri de cancer, se bazează pe secvențierea ADN-ului tumorii pacientului și compararea acestuia cu cea a țesutului normal.
După identificarea mutației, ARNm modificat artificial este injectat în corpul pacientului, permițând sistemului imunitar să detecteze și să distrugă celulele canceroase.
BionTech intenționează să testeze această tehnologie împreună cu un medicament anticancer numit Tecentriq.
Echipa de cercetare
Deja în anii 1980, angajații Universității din Varșovia erau cu mult înaintea colegilor lor care se ocupau cu stabilizarea ARNm, cu mult înainte ca acesta să fie considerat un element structural care ar putea fi folosit în terapiile de salvare a vieții.
Edward Darżynkiewicz, membru al echipei cu experiență, și-a obținut masteratul în 1970 și și-a susținut teza de doctorat în chimie organică la Universitatea din Varșovia în 1976, iar din 2009 a lucrat la Universitatea din Varșovia ca profesor titular de fizică.
Este șeful Laboratorului de Expresie Genică la Departamentul de Fizică al Universității din Varșovia și Laboratorul Interdisciplinar de Biologie Moleculară și Biofizică la Centrul de Noi Tehnologii al Universității din Varșovia.
În 2015, a fost distins cu Medalia de Leon Marchlewski pentru realizări extraordinare în biochimie și biofizică. Este coautor a 208 de publicații științifice, trei brevete europene și un brevet american.
Jacek Jemielity lucrează, de asemenea, la Centrul de Noi Tehnologii de la Universitatea din Varșovia, ca profesor de chimie organică din 2013, iar în prezent este șeful Laboratorului de chimie organică de acolo.
Este autorul a trei brevete europene și a aproape 100 de publicații științifice. Pentru realizările sale științifice a primit Premiul Rectorului Universității din Varșovia și Premiul Facultății de Fizică a Universității din Varșovia.
Joanna Kowalska este profesor asistent la Facultatea de Fizică a Departamentului de Biofizică, Universitatea din Varșovia din 2011. În prezent, este și manager de proiect.
Dna Joanna este autoarea a peste 50 de lucrări științifice și a trei brevete europene. A primit Premiul pentru gradul al doilea de rector al Universității din Varșovia, Premiul pentru Facultatea de Fizică a Universității din Varșovia și Premiul Prof. Pieńkowski.
În 2018, Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz și echipa lor au fost, de asemenea, onorați pentru invențiile lor cu Premiul Economic al președintelui Poloniei la categoria „Cercetare și dezvoltare”.
