Gjennombruddet av mRNA kan muliggjøre utvikling av personlig behandling for kreft og genetiske defekter: Polsk team av forskere nominert til 2018 European Inventor Award.
- Forutsetningen for en fullt tilpasset medisin med maksimal effektivitet er å tilby behandlinger skreddersydd for individuelle pasienter og deres spesifikke sykdommer, også på mobilnivå.
Dette er målet for polske forskere: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz og deres team.
De har utviklet en holdbar, mer effektiv og lett-å-produsere ende av mRNA-molekylet - den såkalte cap, som instruerer cellen om å produsere spesifikke proteiner.
Teknikken foreslått av forskerne lar oss tenke på medisinske løsninger som korrigerer kroppens genetiske informasjonssystem uten å gjøre direkte endringer i pasientens DNA.
For sine prestasjoner ble Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz og et team av forskere fra Universitetet i Warszawa nominert til finalen i European Inventor Award 2018 i kategorien "Research". Vinnerne av årets EPO-pris vil bli kunngjort ved en seremoni som vil finne sted 7. juni i Paris.
"Konseptet foreslått av polske forskere kan utvide bruken av personlig medisin basert på molekylærbiologi," sa Benoît Battistelli, president for EPO. "Denne oppfinnelsen gjenspeiler hvordan europeisk medisinsk forskning er med på å skape nye konsepter for behandling av kreft og andre dødelige sykdommer som potensielt kan være til nytte for millioner av mennesker."
En personlig opplevelse som bidro til utviklingen av personlig medisin
For Jacek Jemielity, som jobber med bioorganisk kjemi ved Universitetet i Warszawa, var problemet med å utvikle nye metoder for behandling av sykdommer som kreft av særlig betydning.
Mens teamet hans undersøkte utviklingen av et mer stabilt, kjemisk modifisert mRNA som legemiddelbærer, utviklet datteren hans leukemi.
"Jeg tilbrakte mye tid på sykehuset, der jeg så mange barn som kjempet for livet," sier Jemielity. "Hennes sykdom var en ekstremt viktig motivasjon for arbeidet mitt."
Og selv om datteren til forskeren har kommet seg helt, blir mer enn 10 millioner nye tilfeller av ulike former for kreft diagnostisert hvert år.
Kreft, i alle dens former, er den nest viktigste dødsårsaken i verden. Standardbehandlinger som kirurgi, strålebehandling og cellegift gjør fremgang.
Imidlertid har det faktum at ifølge estimater to av fem personer kan utvikle kreft gjennom hele livet, og de resulterende enorme økonomiske kostnadene og innvirkning på pasientenes liv, gjort forskning på nye konsepter innen kreftbehandling til medisinsk prioritering.
En lovende behandlingsretning er området med personlig medisin, og tilbyr behandlinger basert på pasientens DNA.
Målet er å forstå den genetiske årsaken til sykdommen, enten ved å finne områdene av DNA som førte til dens utvikling, eller ved å finne den genetiske mutasjonen som er ansvarlig for unormal cellevekst som er typisk for kreft.
Et nytt konsept for mRNA-modifisering
Menneskelig DNA inneholder omtrent 20 000 gener som inneholder instruksjoner for å lage proteiner, enzymer og andre partikler som utgjør kroppen.
Å gjøre endringer i DNA er imidlertid så kostbart, vanskelig og risikabelt at få genterapier har blitt godkjent til dags dato.
De er for det meste basert på modifiserte retrovirus som kan gli gjennom celleforsvarsmekanismer og introdusere ny informasjon direkte i cellekjernen.
En mye mindre invasiv tilnærming er å fokusere på måten informasjon skrevet i DNA overføres til cellens ribosomer, der proteinproduksjonskommandoer kodet i DNA utføres.
Molekyler kalt messenger RNA (mRNA) er ansvarlige for å overføre denne informasjonen. Det er kortvarig i naturen, så humane enzymer og proteiner har vanligvis nedbrutt ethvert modifisert eksternt innsatt mRNA før det kommuniserte den tiltenkte terapeutiske effekten til ribosomet.
Basert på forskning som startet fire tiår tidligere, foreslo Jemielity og hans team en annen tilnærming, med fokus på de delikate strukturene på slutten av hvert mRNA-molekyl, kjent som 5'-hetten. "Hettestrukturen er veldig viktig for mRNA-metabolismen, fordi uten den brytes mRNA veldig raskt og kan ikke utføre sine funksjoner. Hetten beskytter derfor mRNA mot nedbrytning. '
Forskergruppen endret et av de omtrent 80 000 atomene i et typisk mRNA-molekyl ved å erstatte oksygenatomet med et svovelatom. En syntetisk mRNA-hette ble dermed opprettet.
Den patenterte oppfinnelsen - kalt Beta-S-ARCA - førte til etableringen av et stabilt mRNA, fem ganger mer effektivt og tre ganger mer stabilt i cellen enn et naturlig forekommende molekyl, som åpnet for utvikling av mRNA-baserte terapier.
Fra laboratorium til marked
Etter starten på den europeiske patentprosessen i 2008 dannet teamet et partnerskap med BioNTech fra University of Mainz (Tyskland), som spesialiserer seg på genterapier.
Innledende kliniske studier med mRNA-caps utviklet av UW-teamet begynte to år senere. I 2013 lisensierte BioNTech stabil mRNA-teknologi til de viktigste farmasøytiske selskapene, inkludert franske Sanofi S.A. og Genetech Inc.
I juli 2017 publiserte BioNTech lovende resultater fra de første menneskelige forsøkene på en personlig mRNA-basert antikreftvaksine ved bruk av hatter utviklet av Jemielity og hans team.
Åtte av de 13 studiedeltakerne som hadde tilbakefall av melanom hadde ingen kreftceller i løpet av de 23 månedene av studien.
I motsetning til dette viste en av de fem andre personene som utviklet nye svulster, en svinn i svulsten.
Studievaksinen, som også kan være skreddersydd for å behandle andre typer kreft, er basert på sekvensering av pasientens tumor-DNA og sammenligner det med normal vev.
Etter at mutasjonen er identifisert, blir kunstig endret mRNA injisert i pasientens kropp, slik at immunsystemet kan oppdage og ødelegge kreftceller.
BionTech planlegger å teste denne teknologien i forbindelse med et kreftmedisin som heter Tecentriq.
Forskningsteam
Allerede på 1980-tallet var de ansatte i Universitetet i Warszawa langt foran sine kolleger som hadde med mRNA-stabilisering å gjøre, lenge før det ble ansett som et strukturelt element som potensielt kunne brukes i livreddende terapier.
Edward Darżynkiewicz, et erfaren teammedlem, oppnådde sin mastergrad i 1970 og forsvarte sin doktorgradsavhandling i organisk kjemi ved Universitetet i Warszawa i 1976, og fra 2009 jobbet han ved Universitetet i Warszawa som full professor i fysikk.
Han er leder for Gene Expression Laboratory ved Institutt for fysikk ved Universitetet i Warszawa og det tverrfaglige laboratoriet for molekylærbiologi og biofysikk ved Center of New Technologies ved University of Warsaw.
I 2015 ble han tildelt Medal of Leon Marchlewski for ekstraordinære prestasjoner innen biokjemi og biofysikk. Han er medforfatter av 208 vitenskapelige publikasjoner, tre europeiske patenter og ett amerikansk patent.
Jacek Jemielity har også jobbet ved Center of New Technologies ved Universitetet i Warszawa som professor i organisk kjemi siden 2013 og fungerer for tiden som leder for Organic Chemistry Laboratory der.
Han er forfatter av tre europeiske patenter og nesten 100 vitenskapelige publikasjoner. For sine vitenskapelige prestasjoner mottok han prisen for rektor ved Universitetet i Warszawa og prisen for fakultetet for fysikk ved universitetet i Warszawa.
Joanna Kowalska har vært assisterende professor ved fakultetet for fysikk ved Institutt for biofysikk, Universitetet i Warszawa siden 2011. For tiden er han også prosjektleder.
Fru Joanna er forfatter av over 50 vitenskapelige arbeider og tre europeiske patenter. Hun mottok Rektor's Second Degree Award fra University of Warsaw, University of Warsaw Faculty of Physics Award og prisen av Prof. Pieńkowski.
I 2018 ble Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz og teamet deres også hedret for sine oppfinnelser med den økonomiske prisen til Polens president i kategorien "Forskning og utvikling".
