Innowacyjna strategia leczenia mukowiscydozy

Innowacyjna strategia leczenia mukowiscydozy

Mukowiscydoza to wciąż nieuleczalna choroba, której przyczyną są mutacje w genie kodującym receptor dla jonów chlorkowych, obecny w komórkach gruczołów śluzowych w różnych narządach. Opracowania nowatorskiej i skutecznej metody leczenia mukowiscydozy podjęła się dr n. med. Sylwia Bobis-Wozowicz z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. W projekcie realizowanym dzięki wsparciu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w ramach działania FIRST TEAM, finansowanego z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG), badaczka wraz zespołem będzie testować skuteczność zastosowania popularnego narzędzia do edycji genomu CRISPR/Cas9, które zostanie dostarczone do komórek zawierających zmutowany gen za pomocą pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Taki sposób dostarczania CRISPR/Cas9 to nowy pomysł i największa innowacja w projekcie.

Mukowiscydoza to genetycznie uwarunkowana choroba rzadka, u podłoża której leży nieprawidłowa praca komórek wydzielniczych, znajdujących się w gruczołach śluzowych. Komórki te wydzielają zbyt gęsty i lepki śluz, który gromadzi się w różnych układach, zwłaszcza w oskrzelach, płucach, przewodzie pokarmowym i układzie rozrodczym, upośledzając ich działanie i powodując występowanie różnych powikłań. Mukowiscydoza jest więc chorobą ogólnoustrojową, ale jej przebieg i nasilenie objawów może być różne u różnych chorych. W zdecydowanej większości przypadków nieprawidłowy śluz zatyka oskrzela i oskrzeliki, co utrudnia oddychanie. Zablokowanie dróg oddechowych stwarza idealne warunki do rozwoju bakterii, które mogą być przyczyną wielu infekcji, nierzadko wymagających hospitalizacji. Nawracające infekcje i przewlekły stan zapalny niszczą płuca, w których po latach trwania choroby dochodzi do zwłóknienia. Śluz blokuje też przewody wyprowadzające enzymy trawienne z trzustki do jelit, co sprawia, że organizm nie przyswaja składników odżywczych zawartych w pokarmie. Wraz z progresją choroby może dojść zwłóknień także w innych narządach (w trzustce, wątrobie, jelitach) oraz do wielu różnych powikłań, takich jak m.in.: marskość wątroby, niedrożność jelit, odma opłucnowa, cukrzyca, nadciśnienie wrotne czy osteoporoza.

„Terapie dotychczas stosowane w mukowiscydozie powodują tylko łagodzenie objawów choroby bądź ograniczają infekcje. W naszym projekcie chcemy podjąć próbę korekty genowej, czyli jedynej metody, którą można wyleczyć chorobę genetyczną. I w tym celu chcemy zastosować nowatorskie narzędzie molekularne składające się z systemu do edycji genów CRISPR/Cas9 w połączeniu z pęcherzykami zewnątrzkomórkowymi. CRISPR/Cas9 to metoda inżynierii genetycznej, za opracowanie której przyznano nagrodę Nobla w 2020 r.  To molekularne nożyce do genów, które pozwalają na precyzyjne przecięcie genu w takim miejscu, w jakim sobie to w laboratorium zaprojektujemy. Aby naprawić gen, do komórki trzeba wraz z CRISPR/Cas9 dostarczyć również matrycę naprawczą, czyli sekwencję, na podstawie której możliwe jest odtworzenie prawidłowego genu. Tego typu podejście jest już dosyć powszechnie wykorzystywane w różnych badaniach. Największym wyzwaniem pozostaje sposób wprowadzenia narzędzi do edycji genowej do wybranych komórek” – mówi dr n. med. Sylwia Bobis-Wozowicz.

Dotychczas w tym celu zazwyczaj wykorzystywano narzędzia oparte o wirusy, które naturalnie infekują komórki, co jest związane z wnikaniem do ich wnętrza. Wirusy wykorzystywane jako nośniki sekwencji genowych integrują się z genomem zainfekowanej komórki, co wiąże się z ryzykiem wywołania mutacji, a w konsekwencji – rozwoju chorób, w tym nowotworowych.

„Istnieją też inne nośniki, nie oparte o wirusy i nie integrujące się do genomu, ale są one mniej skuteczne. Naszym pomysłem jest zastosowanie jako wektora transportującego do komórek narzędzia do edycji genów pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Sądzimy, że taka metoda będzie zarówno skuteczna ijednocześnie obarczona niewielkimi efektami ubocznymi. To co jest bardzo ważne – zapewni dostarczenie naszego systemu tylko do wybranych narządów. Generalnie dużym wyzwaniem, jeżeli chodzi o dostarczanie leków in vivo, jest celowanie w konkretne miejsca w organizmie. Jest to trudne i najczęściej lek nie jest dostarczany tylko do jednego wybranego narządu, gdzie ma działać, ale też trafia do wielu innych miejsc, w których jego działanie nie jest już pożądane” – wyjaśnia naukowczyni.

Nowo projektowana terapia genowa mukowiscydozy najpierw będzie testowana w badaniach in vitro, na komórkach nabłonka płuc pochodzących od pacjentów, posiadających najczęściej występującą w mukowiscydozie mutację. Następnym etapem będą badania na zwierzętachczyli na modelu mukowiscydozy u myszy.

„Dodatkowo będziemy sprawdzać skuteczność terapii, której celem jest łagodzenie objawów zwłóknienia w różnych narządach. W naszych wcześniejszych badaniach opracowaliśmy system dostarczania do komórek pęcherzyków zewnątrzkomórkowych o właściwościach przeciwwłóknieniowych. Wykazaliśmy już skuteczność tego systemu w leczeniu zwłóknienia serca w badaniach na zwierzętach laboratoryjnych. W ramach obecnego projektu zamierzamy rozwijać także to rozwiązanie, które w przyszłości może poprawić jakość życia osób chorujących na mukowiscydozę. Nasze badania to praca zespołowa, wymagająca dużego zaangażowania wielu osób, ale wszyscy mamy nadzieję, że uda się nam przyczynić do opracowania kompleksowej i skutecznej strategii leczenia mukowiscydozy” – podkreśla dr Sylwia Bobis-Wozowicz.

Dr n. med. Sylwia Bobis-Wozowicz ukończyła studia magisterskie z wyróżnieniem na Wydziale Biologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w specjalizacji - biologia molekularna. Następnie w ramach studiów doktoranckich realizowanych na Wydziale Lekarskim Collegium Medicum UJ badała zastosowanie komórek macierzystych i wektorów wirusowych w medycynie translacyjnej oraz terapiach genowych. Odbyła też staże zagraniczne w prestiżowych ośrodkach badawczych – Giving for Living Research Center na Uniwersytecie w Manchesterze w Wielkiej Brytanii oraz Smurfit Institute of Genetics w Trinity College w Dublinie w Irlandii. Po obronie doktoratu dołączyła do zespołu badawczego w Genome Engineering Lab, Institute of Experimental Hematology w Hanover Medical School, a następnie w Laboratory of Cell and Gene Therapy, Center for Chronic Immunodeficiency, University Medical Center Freiburg w Niemczech. Od 2018 r. prowadzi własne badania w Zakładzie Biologii Komórki na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, współpracując zarówno z polskimi, jak i międzynarodowymi ośrodkami badawczymi. Jej pasje naukowe to komórki macierzyste, edycja genomu, terapie genowe oraz medycyna regeneracyjna.