Technologia mRNA stworzona przez Katalin Karikó i Drew Weissmana może okazać się przełomowym odkryciem w walce z COVID-19, ale naukowcy na całym świecie nieustannie prowadzą prace nad innymi szczepionkami i lekami opartymi o tę technologię. To daje nadzieję, że w przyszłości może ona być podstawą do stworzenia skutecznych leków na choroby takie jak rak.
Technologia mRNA odgrywała ważną rolę w medycynie od ponad 20 lat, kiedy prof. Jacek Jemielity i jego zespół z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego zaczęli prowadzić badania nad jej terapeutycznym wykorzystaniem. Dzięki ich wysiłkom technologia mRNA stała się możliwa do masowego zastosowania, co zostało udowodnione w czasie pandemii w szczepionkach mRNA.
W ostatnich latach liczba badań klinicznych dotyczących wykorzystania technologii mRNA w szczepionkach znacznie wzrosła. Przykładem może być badanie prowadzone przez prof. dr hab. Piotra Rzymskiego z Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, które skupia się na zastosowaniu mRNA w szczepionkach przeciwko chorobom wywoływanym przez wirusy, takim jak HIV, cytomegalii, Epsteina-Barra (EBV), Zika, RSV, grypa pandemiczna i Nipah.
Badania nad preparatami mRNA mają na celu leczenie nowotworów, a wykaz chorób przeciwnowotworowych jest imponujący: czerniak, rak jajnika, piersi, prostaty, jelita grubego, płuc, glejak mózgu, nowotwory głowy i szyi.
„Jest szansa, że pierwsze tego typu preparaty mogłyby wejść do zastosowania jeszcze w tej dekadzie” – mówi prof. Rzymski.
Nasze odkrycie może zapoczątkować rewolucję w leczeniu nowotworów. Nowe leki będą w stanie precyzyjnie wykryć i zwalczyć zmiany nowotworowe, z wyłączeniem zdrowych komórek. To pozwoli na lepsze dostosowanie terapii do potrzeb konkretnego pacjenta, a tym samym na skuteczniejsze, bezpieczniejsze leczenie.
„Pobiera się biopsyjnie materiał i dokonuje się analizy mutacji, by mRNA dopasować do profilu konkretnej mutacji” – dodaje.
Profesor wskazuje, że użycie tej technologii w chorobach genetycznych wywołuje pewne trudności. W takich przypadkach leczenie polega zazwyczaj na zastosowaniu inżynierii komórkowej. W technologii mRNA białka są wykorzystywane tylko w krótkim okresie do działania przeciwko specyficznym elementom, jak np. wirus lub zmieniona nowotworowo komórka.
Profesor wyjaśnia, że zastosowanie technologii mRNA w przypadkach chorób uwarunkowanych genetycznie nastręcza wiele trudności. W takich przypadkach zazwyczaj stosuje się inżynierię komórkową. Z kolei technologia mRNA pozwala na wykorzystanie białek w celu działania przeciwko określonym elementom, takim jak wirus lub zmieniona nowotworowo komórka.
mRNA to skrótowiec od angielskiego słowa „messenger”, które oznacza „kuriera” lub „posłańca”. Jest to rodzaj kwasu rybonukleinowego (RNA) który ma kluczowe znaczenie dla powielania informacji genetycznej. mRNA wykonuje tę pracę, przenosząc informacje genetyczne z jądra komórkowego do miejsca, w którym zostaną one wykorzystane do syntezy białek.
DNA jest kluczowym elementem dla replikacji, ponieważ zawiera wszystkie niezbędne informacje genetyczne w postaci podwójnej helisy składającej się z czterech zasad. Do odczytania i replikacji tej informacji, organizm wykorzystuje różne rodzaje RNA, w tym mRNA – RNA informacyjne.
Margrit Kossobudzka doskonale wyraziła w jednym ze swoich tekstów, że DNA działa jak król wszystkich królów. Nie rusza się z jego siedziby, jakim jest jądro komórkowe, lecz wydaje polecenia. Jego „sługa” – mRNA – przenosi skopiowany materiał DNA z jądra do cytoplazmy, a tam wykonuje się polecenia, czyli powstają odpowiednie białka. Białka te aktywują różne procesy, jak na przykład pobudzają układ odpornościowy do działania.
„W praktyce mRNA jest uniwersalnym przepisem na białko, który ulega ekspresji w cytoplazmie. Dlatego za jego pomocą możemy dostarczyć do komórki jakiś terapeutyk w postaci zbliżonej do naszego naturalnego mRNA” – wyjaśniał prof. Jemielity.
mRNA ma wielki potencjał w wynalezieniu leków. Poprzez zmodyfikowanie części informacji wprowadzanej do cytoplazmy, można naprawić błędy w syntezie białek, które są przyczyną wielu chorób. W szczepionkach, zmodyfikowane białko przekazuje komórkom informację o intruzach, po czym komórki wytwarzają własny system obronny.
Badania nad mRNA pozwoliły również na opracowanie leków o działaniu profilaktycznym. Składniki tego typu leków są w stanie wysyłać sygnały do komórek, aby zapobiec chorobom zanim się one rozwiną. Dzięki temu, leczenie może odbywać się wcześniej niż dotychczas, co zwiększa szansę na całkowite wyleczenie pacjenta.
Odkrycie otoczek nanolipidowych jako nośnika dla mRNA było przełomem w wykorzystaniu tego materiału. To odkrycie pozwoliło na znaczące wydłużenie jego trwałości oraz zminimalizowanie ryzyka wywołania stanów zapalnych w organizmie. Przełom w badaniach nad wykorzystaniem mRNA jako terapii dokonali tegoroczni nobliści w dziedzinie medycyny i fizjologii, wspierani przez prof. Jacka Jemielitego, który wykazał się niezwykłym wytrwałością w dążeniu do sukcesu.
Dzięki ich wysiłkom mRNA stało się skutecznym nośnikiem w leczeniu wielu chorób, w tym białaczki, zapalenia stawów i cukrzycy typu 1. Ich prace stanowią wyjątkowy przykład jak naukowcy mogą połączyć swoje działania i współpracować, aby osiągnąć wielki sukces na polu medycyny.
Pierwszym osiągnięciem Karikó i Weismanna było zbadanie wpływu RNA na komórki dendrytyczne. Wykorzystując szeroką gamę zaawansowanych metod biologicznych i biochemicznych, odkryli oni, że RNA może stymulować funkcje odpornościowe w komórkach dendrytycznych.
Prace noblistów 2023
Karikó i Weismann skupili swoje badania na interakcji różnych typów RNA z układem odpornościowym. Ich celem była lepsza znajomość funkcjonowania komórek dendrytycznych, które odgrywają ważną rolę w układzie immunologicznym.
Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik biologicznych i biochemicznych, Karikó i Weismann odkryli, że RNA może wywierać silny wpływ na funkcje odpornościowe w komórkach dendrytycznych. To przełomowe odkrycie pomogło zrozumieć w jaki sposób RNA wspomaga organizm w odpieraniu infekcji.
Po wielu badaniach udało się odkryć, dlaczego stosowanie wytworzonego in vitro mRNA powoduje stan zapalny – komórki dendrytyczne rozpoznają mRNA transkrybowany w warunkach laboratoryjnych jako substancję obcą, co w konsekwencji prowadzi do ich aktywacji i wydzielenia cząsteczek wyzwalających stan zapalny. Natomiast „naturalne” mRNA pochodzące z komórek ssaków nie dawało podobnych efektów, co sugeruje, że różne typy mRNA mają znacząco odmienne cechy.
Karikó i Weisman odkryli, że obecność jednego z budulców mRNA – urydyny, jest wyzwalaczem reakcji zapalnej. Aby przywrócić zdolność komórek do wykorzystania tego białka, zastąpiono je jego podobną strukturą 1-metylo-pseudourydyny, która występuje naturalnie w komórkach.
„Nie wpływa to na instrukcje, które niesie taki mRNA, a pozwala mu dotrzeć do naszych komórek i spełnić swoją funkcję” – wyjaśnia Serwisowi Zdrowie dr hab. Piotr Rzymski.
„To był przełom. Pewnie jednak nie przypuszczali, że ich odkrycie będzie miało takie znaczenie” – mówi prof. Rzymski.
„Karikó, jak chciała się zajmować mRNA, to spotkała się oporem. Jej koleżeństwo akademickie uznawało, że to pomysły, które nie mają sensu” – opowiada prof. Rzymski.
Dzisiaj, po wielu latach badań nad modyfikacją nukleotydów, możemy wykorzystać je w szczepionkach przeciwko SARS-CoV-2.
Karol Pasternak i Oren Weissman opublikowali swoje ważne odkrycie w 2005 roku w czasopiśmie Immunity.
Kiedy pojawiło się to odkrycie, środowisko naukowe nie było świadome jego znaczenia dla przyszłych zastosowań.
Jednakże dzięki technologii RNA wykorzystywanej w szczepionkach, terapii genowej i diagnostyce, odkrycie to stało się również przełomem w medycynie.
Już w 2001 roku zastosowano RNA w terapii pacjenta po raz pierwszy, a 9 lat później po raz pierwszy wprowadzono je bezpośrednio do organizmu.
Dziś wiemy, że modyfikacja nukleotydów okazała się bardzo użyteczna w tworzeniu szczepionek, co daje nadzieję, że w przyszłości będzie ona służyć do leczenia chorób.
Dzięki pracy Karola Pasternaka i Orena Weissmana, stworzono podstawy do wielu przełomowych odkryć w dziedzinie medycyny.
„Wykorzystuje się już mRNA do aktywacji układu immunologicznego np. w szczepionkach przeciwnowotworowych. Są to szczepionki leczące, podawane osobom, które już są chore na nowotwór. Chcemy w ten sposób zmusić ich układ immunologiczny by rozpoznawał komórki nowotworowe i je niszczył. Drugi przykład to szczepionki profilaktyczne, przeciwwirusowe, z jakimi właśnie mamy do walki z pandemią COVID-19. Te właśnie szczepionki jako pierwsze terapeutyki mRNA zostały dopuszczone do masowego użycia” – mówił prof. Jacek Jemielity.
Szczepionka mRNA wykorzystuje zasadę „przepis na przepis”, aby wywołać odpowiedź immunologiczną w naszych organizmach. Polega to na wprowadzeniu do naszych komórek mięśniowych instrukcji, które pozwalają na produkcję białka, nazywanego „S”, charakterystycznego dla SARS-CoV-2. Nasz układ immunologiczny jest wtedy stymulowany do produkcji przeciwciał, co pozwala nam na zdobycie odporności na COVID-19 bez konieczności zachorowania.
Korzystanie z szczepionki mRNA pozwala na uzyskanie odporności na COVID-19 bez konieczności zarażenia się chorobą. Mechanizm działania tej szczepionki polega na wprowadzeniu do komórek mięśniowych instrukcji dotyczących produkcji białka „S” występującego w nowym koronawirusie SARS-CoV-2. W ten sposób układ immunologiczny jest stymulowany do produkcji przeciwciał, co prowadzi do wytworzenia odporności.
Prof. Katarzyna Tońska z Instytutu Genetyki i Biotechnologii wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego wyjaśniła, że stabilizacja i zabezpieczenie mRNA może być wykorzystane jako skuteczna metoda walki z wirusami. Jednakże, niedługo może okazać się, że także bakterie będą podatne na jej działanie. Co więcej, wspomniane zabezpieczenie mRNA może być stosowane w leczeniu niektórych rodzajów nowotworów.
„Można tę cząsteczkę (zmodyfikowane mRNA) bezpiecznie wszczepić do krwioobiegu pacjenta i ona dotrwa do momentu, kiedy dostanie się do komórki. Z kolei komórka dzięki temu wytwarza odpowiednie białko. Czy będzie ono odpowiadało na zakażenie, czy też będzie białkiem potrzebnym w procesie leczenia jakiejś choroby, to już są niezależne implikacje tego samego pomysłu – mówi Serwisowi Zdrowie prof. Paweł Włodarski, lekarz, histolog, endodonta, kierujący Zakładem Metodologii Badań Naukowych Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. – Technologia daje dużą nadzieję na skuteczne leki. Wyobraźmy sobie sytuację, gdy chora komórka produkuje białko niewłaściwe, zmutowane bądź po prostu go nie produkuje wskutek aberracji homogenetycznych. Wówczas podanie mRNA, które wnika do komórki i z niego powstaje białko, pozwoli zastąpić brakujący komórce element, wypełni lukę powstałą na skutek braku endogennego białka” – tłumaczy ekspert.
Prof. Anna Ciemerych-Litwinienko, kierująca Zakładem Cytologii i Instytutem Biologii i Nauk Biomedycznych Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego, wskazała na liczne korzyści wynikające z wykorzystania technologii: jej prosta, szybka w przygotowaniu i elastyczna forma, a także relatywnie niskie koszty.
„Możemy zmieniać jakiś moduł, dostawiać. I jest to bezpieczniejsze, bo nie mamy adenowirusów czy innych cząsteczek, które mogą wywołać uczulenie czy niepożądaną reakcję immunologiczną” – mówiła odnosząc się do stosowanych w wielu typach szczepionek wektorów lub substancji.
Prof. Rafał Płoski, genetyk i kierownik Zakładu Genetyki Medycznej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, zwraca uwagę na zalety technologii mRNA. Pozwala ona bowiem przesyłać sekwencje dosłownie mejlem, umożliwiając jednoczesne śledzenie wszelkich zagrożeń. Z tego względu, w ciągu kilku dni można przygotować preparaty dla wszystkich potrzebujących.
Dr Tomasz Śmietanka, epidemiolog z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, podkreśla, że szczepienia przeciwko COVID-19 są ważne, aby zatrzymać proces rozprzestrzeniania się wirusa.
Według dr. Tomasza Śmietanki, epidemiologa z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, szczepienia przeciwko COVID-19 są niezwykle istotne w walce z pandemią, ponieważ pozwalają zapobiec dalszemu rozprzestrzenianiu się wirusa.
Źródło wiadomości: pap-mediaroom.pl
