Pani badania nad glejakami czyta się jak powieść szpiegowską. Mamy zdradę, sabotaż, fałszywe tożsamości…
To może tak wyglądać. Zacznijmy od tego, że w naszym organizmie są komórki odpornościowe, które mają nas chronić przed niebezpieczeństwem. Niektóre z nich na stałe znajdują się w skórze i narządach wewnętrznych. Inne przedostają się tam, gdy pojawi się zagrożenie. Mikroglej, nad którym pracujemy, migruje do mózgu, zanim się urodzimy i pozostaje tam na stałe. Jego zadaniem jest wspieranie komórek nerwowych, rozpoznawanie zagrożeń, takich jak zakażenie mikroorganizmami czy pojawienie się nieprawidłowych białek, a następnie eliminowanie niebezpieczeństwa. Komórki mikrogleju są więc strażnikami dobrostanu mózgu i pierwszą tarczą ochronną przed zagrożeniem.
Kiedy w mózgu pojawi się komórka nowotworowa, powstająca w wyniku nagromadzenia się szkodliwych zmian genetycznych, wysyła sygnały podobne do tych, jakie wysyła komórka uszkodzona. Udaje komórkę „w potrzebie”. Mikroglej nagromadza się wokół nowotworu, by zainicjować i wesprzeć procesy naprawy tkanki, a jednocześnie wysyła innym komórkom układu odpornościowego informację, że nie muszą się włączać do działania, bo problem zostanie rozwiązany lokalnie. To oznacza, że komórki odpornościowe, które powinny włączyć odpowiedź przeciwnowotworową, są wyłączane i nie migrują do guza. Tymczasem komórki mikrogleju zaczynają aktywnie wspierać nowotwór, pomagając mu rozprzestrzeniać się w mózgu. W naszych badaniach skupiliśmy się na procesach zachodzących w guzach mózgu, ale tak naprawdę jest to uniwersalny mechanizm działania wielu nowotworów, których komórki udają „niegojące się rany” i zmieniają otoczenie tak, by wspierało ich rozwój.
A mikroglej, który powinien sobie z intruzem poradzić, nie jest w stanie tego zrobić, bo nowotwór ukrywa swoją tożsamość.
Wyjaśniliśmy stojące za tymi procesami mechanizmy i jesteśmy na ścieżce poszukiwania terapii. Znaleźliśmy przynajmniej dwie cząsteczki produkowane przez złośliwe glejaki, które odgrywają ważną rolę w oszukiwaniu układu odpornościowego. Istnieją technologie pozwalające wyłączyć w komórkach nowotworowych pojedynczy gen, który nas interesuje. Podczas doświadczeń prowadzonych na myszach i szczurach z glejakami dowiedliśmy, że wyłączenie każdego z dwóch zidentyfikowanych przez nas genów sprawia, że mikroglej nie daje się oszukać i inicjuje odpowiedź przeciw nowotworowi. Do guza naciekają komórki układu odpornościowego i nowotwór jest eliminowany.
Wykazaliśmy, że zaprojektowana i zsyntetyzowana chemicznie cząsteczka składająca się z kilkunastu peptydów działa jako blokada i hamuje komunikację między nowotworem a mikroglejem. Zidentyfikowaliśmy sygnały, które naszym zdaniem są kluczowe w powstawaniu złośliwego glejaka i zaproponowaliśmy metodę wykorzystującą krótkie, syntetyczne peptydy, które w badaniach in vitro i na zwierzętach hamują rozwój nowotworu.
Kiedy mogłyby się zacząć badania kliniczne wykorzystujące te odkrycia?
Próbujemy przekonywać do tego firmy farmaceutyczne, ale na razie nam się to nie udaje, między innymi dlatego, że cząsteczki o strukturze, jaką proponujemy, czyli syntetyczne peptydy, uważane są za trudne w rozwoju jako leki. Firmy farmaceutyczne lubią małe chemiczne cząsteczki, blokery enzymów, które są łatwe w syntezie i łatwo je przekształcić w lek. Struktura finansowania badań przedklinicznych w Polsce jest taka, że preferowane są firmy farmaceutyczne lub biotechnologiczne, a nie badania inicjowane przez naukowców.
Przygotowujemy wniosek do Agencji Badań Medycznych, ale to dla nas coś zupełnie nowego, bo takie wnioski przygotowuje się inaczej niż tradycyjne projekty naukowe. Wydaje się jednak, że to jedyna ścieżka. Organizacje finansujące badania aplikacyjne w Polsce wymagają zaangażowania firmy. Dopiero wtedy można dostać dofinansowanie na zaawansowane badania aplikacyjne. W Polsce firm biotechnologicznych jest niewiele, a jeszcze mniej jest takich, które są gotowe zainwestować w nietypową strategię działania. I dzieje się tak, pomimo że rocznie na świecie diagnozowanych jest ok. 300 tys. przypadków złośliwych glejaków, a większość pacjentów umiera. Nie są to powszechnie występujące guzy, a zainteresowanie terapiami dotyczącymi leczenia raka piersi, prostaty czy płuc jest zazwyczaj znacznie większe.
Mimo tych przeszkód w ramach grantu TEAM-TECH Core Facility Fundacji na rzecz Nauki Polskiej udało nam się stworzyć sieć współpracujących z nami klinicystów. Współdziałamy ze wszystkimi neurochirurgami w Polsce, którzy dostarczali nam próbki guzów. Dzięki nim mogliśmy prowadzić badania nad polepszeniem diagnostyki glejaków i znalezieniem nowych punktów działania leków. Oni są gotowi wejść w badania kliniczne, ale problemem pozostaje znalezienie firmy odpowiedzialnej za przygotowanie formulacji leku, finansowania badań klinicznych, a my musimy opracować drogę jego podawania i udowodnić, że nie szkodzi pacjentowi.
Jak wyglądała wasza współpraca z FNP?
Grant TEAM-TECH Core Facility, współfinansowany ze środków pochodzących z programu Inteligentny Rozwój (POIR), był absolutnie kluczowy na etapie tworzenia biobanku próbek i wprowadzania nowoczesnych, opartych na sekwencjonowaniu, metod badania glejaków. By przeanalizować próbki pod kątem potencjalnych zmian genetycznych, wyprowadzić linie komórkowe, na których możemy testować leki, i badać transkryptomy komórek, musieliśmy stworzyć interdyscyplinarny zespół i uzyskać duże środki na sekwencjonowanie genomów. W Polsce badania genetyczne do diagnostyki guzów mózgu są słabo wykorzystywane, a my chcieliśmy stworzyć platformę, która wprowadzi te metody do praktyki klinicznej.
W ramach grantu FNP zsekwencjonowaliśmy blisko 200 genomów glejaków. Badając blisko 700 genów, opracowaliśmy 50-genowy panel diagnostyczny, który pozwoli precyzyjnie oceniać, z jakim typem nowotworu mamy do czynienia, określić, czy dany typ guza będzie reagował na leki, także te, których nie ma w standardowej terapii. W terapii onkologicznej wprowadzono tak zwaną terapię koszykową. To oznacza, że jeżeli na przykład w terapii czerniaków wykorzystuje się lek, który działa na nowotwory z określonymi defektami genetycznymi, jeśli taka kombinacja pojawi się w innym typie nowotworu, można zastosować ten sam lek w ich terapii. Najpierw jednak trzeba wykryć za pomocą sekwencjonowania DNA nowotworu, jaka kombinacja zmian genetycznych występuje u konkretnego pacjenta.
Utworzenie takiej platformy i odkrywanie nowych cząsteczek o działaniu przeciwnowotworowym nie byłoby możliwe bez finansowania przyznanego z Funduszy Europejskich przez FNP. Wymagało to zebrania specjalistów o bardzo różnym doświadczeniu i dużych środków na sekwencjonowanie nowej generacji. Potrzebowaliśmy współpracy z lekarzami, którzy zbierali materiał od pacjentów, oraz z chemikami wspomagającymi syntezę nowych cząsteczek. Niezbędni byli biolodzy, którzy wyprowadzali linie komórkowe i testowali leki. Potrzebna była też pomoc informatyków, bo informacja o genomie jednego pacjenta to jest od pół do jednego terabajta danych, a my zgromadziliśmy dane o ponad 300 genomach i 300 transkryptomach pacjentów, nie wspominając o kilkunastu hodowlach komórkowych, dzięki którym komórki od pacjentów z glejakiem utrzymujemy w laboratorium i testujemy nowe kombinacje leków. Niezbędne było pozyskanie dedykowanych do naszych badań 3 serwerów. To zadanie, które udało się zrealizować tylko dzięki stworzeniu dobrego międzynarodowego i interdyscyplinarnego zespołu i uzyskanemu finansowaniu.
Mikroglej ma związek także z innymi chorobami mózgu. Czy pani badania mogą być wykorzystane w terapiach schorzeń innych niż nowotwory?
Podstawową funkcją mikrogleju jest ochrona mózgu przed uszkodzeniem komórek nerwowych, także przed nieprawidłowo działającymi białkami, z jakimi mamy do czynienia na przykład w chorobie Alzheimera. Mikroglej jest aktywowany praktycznie we wszystkich schorzeniach neurologicznych. Jego długotrwała lub nadmierna aktywacja prowadzi zwykle do uszkodzenia mózgu.
Ostatnio uzyskaliśmy finansowanie międzynarodowego projektu, który pomoże nam zrozumieć, jak możemy przekształcić nieprawidłowo aktywny mikroglej w taki, który będzie wspierał komórki nerwowe. Gdybyśmy do mózgu osoby z alzheimerem wstawili mikroglej, który pochodzi z nowotworu, mógłby on odegrać pozytywną rolę. To brzmi nieortodoksyjnie, ale mikroglej z nowotworu nastawiony jest na program naprawczy, jest komórką, która ma wspierać inne komórki w mózgu. Na przykład glejak bardzo zwiększa w mikrogleju zdolność do pobierania cząsteczek z otoczenia (w procesie fagocytozy), co byłoby pożyteczne do usuwania złogów nieprawidłowych białek gromadzących się w mózgu chorych na alzheimera. Nowotwór przekształca mikroglej w komórki, które chronią nie to, co trzeba, natomiast w przypadku chorób neurodegeneracyjnych mikroglej staje się komórką złośliwą, produkującą czynniki toksyczne. Chodzi o to, by to niewłaściwe programowanie odwrócić. Zarówno programowanie mikrogleju przez nowotwór, jak też włączenie programu neurotoksycznego nie jest trwałe, można je odwrócić farmakologicznie, przywracając komórkom prawidłowe funkcje.
To oznacza, że mamy szansę wygrać z tymi chorobami, które atakują nasze mózgi.
Koncepcyjnie jesteśmy blisko. Rozumiemy stosunkowo dobrze zachodzące procesy, stojące za nimi mechanizmy, więc teraz w większości wypadków to kwestia znalezienia odpowiednich cząsteczek sygnałowych lub terapii, która pomoże programować działanie mikrogleju w jedną lub w drugą stronę.
Bardzo wiele porażek w badaniach klinicznych różnych chorób wynikało z tego, że naukowcy zaczęli badania kliniczne za szybko, nie rozumiejąc całej złożoności zjawiska, badając tylko wybrane procesy. Wydaje mi się, że teraz jesteśmy na zupełnie innym etapie, dzięki ogromnemu postępowi nauki lepiej rozumiemy zachodzące procesy i mamy szereg nowych, niedostępnych jeszcze kilka lat temu narzędzi badawczych. Stąd moja nadzieja, że jesteśmy naprawdę blisko wygranej.
***
Więcej o najnowszych wynikach badań z polskich laboratoriów w publikacji pt. „Nauka w czasach przemian. Jak badania finansowane z Funduszy Europejskich pomagają chronić nas przed globalnymi zagrożeniami i wykorzystywać historyczne szanse”: www.fnp.org.pl.
***
Bożena Kamińska-Kaczmarek jest profesorem nauk biologicznych. Specjalizuje się w embriologii oraz biologii molekularnej i neurobiologii. Jest kierownikiem Pracowni Neurobiologii Molekularnej w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN. W 2021 r. została uhonorowana Nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w obszarze nauk o życiu i Ziemi.
***
Program TEAM-TECH Core Facility jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R.