Genombrottet av mRNA kan möjliggöra utveckling av personliga behandlingar för cancer och genetiska defekter: polskt team av forskare nominerat till European Inventor Award 2018.
- Förutsättningen för en helt personlig medicin med maximal effektivitet är att erbjuda behandlingar skräddarsydda för enskilda patienter och deras specifika sjukdomar, även på cellulär nivå.
Detta är målet för polska forskare: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz och deras team.
De har utvecklat en hållbar, mer effektiv och lätt att producera änden av mRNA-molekylen - den så kallade lock, som säger till cellen att producera specifika proteiner.
Den teknik som forskarna föreslår tillåter oss att tänka på medicinska lösningar som korrigerar kroppens genetiska informationssystem utan att göra direkta förändringar av patientens DNA.
För sina prestationer nominerades Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz och ett forskargrupp från universitetet i Warszawa till finalen i European Inventor Award 2018 i kategorin "Forskning". Vinnarna av årets EPO-pris kommer att tillkännages vid en ceremoni som kommer att äga rum den 7 juni i Paris.
"Det koncept som föreslås av polska forskare kan utöka användningen av personlig medicin baserad på molekylärbiologi", säger Benoît Battistelli, EPO: s president. "Denna uppfinning återspeglar hur europeisk medicinsk forskning hjälper till att skapa nya koncept för behandling av cancer och andra dödliga sjukdomar som potentiellt kan gynna miljontals människor."
En personlig upplevelse som bidrog till utvecklingen av personlig medicin
För Jacek Jemielity, som arbetar inom bioorganisk kemi vid universitetet i Warszawa, var frågan om att utveckla nya metoder för att behandla sjukdomar som cancer särskilt viktigt.
Medan hans team undersökte utvecklingen av ett mer stabilt, kemiskt modifierat mRNA som läkemedelsbärare, utvecklade hans dotter leukemi.
"Jag tillbringade mycket tid på sjukhuset, där jag såg många barn kämpa för sina liv", säger Jemielity. "Hennes sjukdom var en oerhört viktig motivation för mitt arbete."
Och även om forskarens dotter har återhämtat sig helt, diagnostiseras mer än 10 miljoner nya fall av olika former av cancer varje år.
Cancer, i alla dess former, är den näst största dödsorsaken i världen. Standardbehandlingar som kirurgi, strålterapi och kemoterapi gör betydande framsteg.
Det faktum att, enligt uppskattningar, två av fem personer kan utveckla cancer under hela sitt liv, och de resulterande enorma ekonomiska kostnaderna och påverkan på patienternas liv, har dock gjort forskning om nya begrepp inom cancerbehandling till medicinsk prioritering.
En lovande behandlingsriktning är området för personlig medicin, som erbjuder behandlingar baserade på patientens DNA.
Målet är att förstå den genetiska orsaken till sjukdomen, antingen genom att lokalisera de områden av DNA som ledde till dess utveckling eller genom att hitta den genetiska mutationen som är ansvarig för onormal celltillväxt som är typisk för cancer.
Ett nytt koncept för mRNA-modifiering
Mänskligt DNA innehåller cirka 20 000 gener som innehåller instruktioner för att tillverka proteiner, enzymer och andra partiklar som utgör kroppen.
Att göra ändringar i DNA är dock så kostsamt, svårt och riskabelt att hittills har få genterapier godkänts.
De är mestadels baserade på modifierade retrovirus som kan glida genom cellförsvarsmekanismer och införa ny information direkt i cellkärnan.
Ett mycket mindre invasivt tillvägagångssätt är att fokusera på hur information skriven i DNA överförs till cellens ribosomer, där kommandona för proteinproduktion kodad i DNA utförs.
Molekyler som kallas messenger RNA (mRNA) är ansvariga för att överföra denna information. Det är kortlivat i naturen, så humana enzymer och proteiner har vanligtvis försämrat modifierat externt insatt mRNA innan det kommunicerade den avsedda terapeutiska effekten till ribosomen.
Baserat på forskning som startade fyra decennier tidigare föreslog Jemielity och hans team ett annat tillvägagångssätt med fokus på de känsliga strukturerna i slutet av varje mRNA-molekyl, känd som 5'-locket. ”Kappstrukturen är mycket viktig för mRNA-ämnesomsättningen, för utan den bryts mRNA ner mycket snabbt och kan inte utföra sina funktioner. Kåpan skyddar därför mRNA från nedbrytning. '
Forskargruppen ändrade en av de cirka 80 000 atomerna i en typisk mRNA-molekyl genom att ersätta syreatomen med en svavelatom. Ett syntetiskt mRNA-lock skapades således.
Den patenterade uppfinningen - kallad Beta-S-ARCA - ledde till skapandet av ett stabilt mRNA, fem gånger mer effektivt och tre gånger mer stabilt i cellen än en naturligt förekommande molekyl, vilket öppnade för utvecklingen av mRNA-baserade terapier.
Från laboratorium till marknad
Efter starten av den europeiska patentprocessen 2008 bildade teamet ett partnerskap med BioNTech från University of Mainz (Tyskland), som specialiserat sig på genterapier.
Inledande kliniska prövningar med mRNA-lock utvecklade av UW-teamet började två år senare. 2013 licensierade BioNTech stabil mRNA-teknik till de viktigaste läkemedelsföretagen, inklusive franska Sanofi S.A. och Genetech Inc.
I juli 2017 publicerade BioNTech lovande resultat från de första mänskliga prövningarna av ett personligt mRNA-baserat cancercancervaccin med lock som utvecklats av Jemielity och hans team.
Åtta av de 13 deltagarna i studien som hade återfall i melanom hade inga cancerceller under de 23 månaderna av studien.
Däremot visade en av de andra fem personer som utvecklade nya tumörer en krympning av tumören.
Studievaccinet, som också kan skräddarsys för att behandla andra typer av cancer, baseras på sekvensering av patientens tumör-DNA och jämför det med normal vävnad.
När mutationen väl har identifierats injiceras artificiellt förändrat mRNA i patientens kropp, vilket gör att immunsystemet kan upptäcka och förstöra cancerceller.
BionTech planerar att testa denna teknik i kombination med ett läkemedel mot cancer som heter Tecentriq.
Forskningsteam
Redan på 1980-talet var anställda i Warszawa universitet långt före sina kollegor som hanterade mRNA-stabilisering, långt innan det ansågs vara ett strukturellt element som potentiellt skulle kunna användas i livräddande terapier.
Edward Darżynkiewicz, en erfaren teammedlem, tog sin magisterexamen 1970 och försvarade sin doktorsavhandling i organisk kemi vid universitetet i Warszawa 1976 och från 2009 arbetade han vid universitetet i Warszawa som professor i fysik.
Han är chef för genetiskt uttryckslaboratorium vid Institutionen för fysik vid universitetet i Warszawa och det tvärvetenskapliga laboratoriet för molekylärbiologi och biofysik vid Center of New Technologies vid universitetet i Warszawa.
2015 tilldelades han medaljen av Leon Marchlewski för extraordinära prestationer inom biokemi och biofysik. Han är medförfattare till 208 vetenskapliga publikationer, tre europeiska patent och ett amerikanskt patent.
Jacek Jemielity har också arbetat vid Center of New Technologies vid universitetet i Warszawa som professor i organisk kemi sedan 2013 och för närvarande är han chef för det organiska kemilaboratoriet där.
Han är författare till tre europeiska patent och nästan 100 vetenskapliga publikationer. För sina vetenskapliga prestationer mottog han utmärkelsen av rektorn vid universitetet i Warszawa och utmärkelsen av fakulteten för fysik vid universitetet i Warszawa.
Joanna Kowalska har varit biträdande professor vid fakulteten för fysik, Institutionen för biofysik, Warszawas universitet sedan 2011. För närvarande är han också projektledare.
Joanna är författare till över 50 vetenskapliga artiklar och tre europeiska patent. Hon fick Rektor's Second Degree Award, University of Warsaw Faculty of Physics Award och Award of Prof. Pieńkowski.
År 2018 hedrade Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz och deras team också för sina uppfinningar med Polens president i ekonomisk utmärkelse i kategorin "Forskning och utveckling".
