De doorbraak van mRNA zou de ontwikkeling van gepersonaliseerde behandelingen voor kanker en genetische defecten mogelijk kunnen maken: een Pools team van wetenschappers genomineerd voor de European Inventor Award 2018.
- De voorwaarde voor een volledig gepersonaliseerde geneeskunde met maximale effectiviteit is het aanbieden van therapieën op maat van individuele patiënten en hun specifieke ziekten, ook op cellulair niveau.
Dit is het doel van Poolse wetenschappers: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz en hun team.
Ze hebben een duurzaam, effectiever en gemakkelijk te produceren uiteinde van het mRNA-molecuul ontwikkeld - het zogenaamde cap, die de cel instrueert om specifieke eiwitten te produceren.
De door de wetenschappers voorgestelde techniek stelt ons in staat na te denken over medische oplossingen die het genetisch informatiesysteem van het lichaam corrigeren zonder directe veranderingen in het DNA van de patiënt aan te brengen.
Voor hun prestaties werden Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz en een team van wetenschappers van de Universiteit van Warschau genomineerd voor de finale van de European Inventor Award 2018 in de categorie "Onderzoek". De winnaars van de EPO-prijs van dit jaar worden bekendgemaakt tijdens een ceremonie die op 7 juni in Parijs zal plaatsvinden.
"Het door Poolse wetenschappers voorgestelde concept zou het gebruik van gepersonaliseerde geneeskunde op basis van moleculaire biologie kunnen uitbreiden", aldus Benoît Battistelli, voorzitter van het EPO. "Deze uitvinding weerspiegelt hoe Europees medisch onderzoek bijdraagt aan het creëren van nieuwe concepten voor de behandeling van kanker en andere dodelijke ziekten waar mogelijk miljoenen mensen van kunnen profiteren."
Een persoonlijke ervaring die heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van gepersonaliseerde geneeskunde
Voor Jacek Jemielity, die in de bio-organische chemie aan de Universiteit van Warschau werkt, was de kwestie van de ontwikkeling van nieuwe methoden voor de behandeling van ziekten zoals kanker van bijzonder belang.
Terwijl zijn team onderzoek deed naar de ontwikkeling van een stabieler, chemisch gemodificeerd mRNA als medicijndrager, ontwikkelde zijn dochter leukemie.
"Ik bracht veel tijd door in het ziekenhuis, waar ik veel kinderen zag vechten voor hun leven", zegt Jemielity. "Haar ziekte was een buitengewoon belangrijke motivatie voor mijn werk."
En hoewel de dochter van de wetenschapper volledig is hersteld, worden er elk jaar meer dan 10 miljoen nieuwe gevallen van verschillende vormen van kanker vastgesteld.
Kanker, in al zijn vormen, is de op één na belangrijkste doodsoorzaak ter wereld. Standaardbehandelingen zoals chirurgie, bestralingstherapie en chemotherapie boeken aanzienlijke vooruitgang.
Het feit echter dat volgens schattingen twee op de vijf mensen hun hele leven kanker kunnen krijgen, en de daaruit voortvloeiende enorme financiële kosten en impact op het leven van patiënten, hebben van onderzoek naar nieuwe kankerbehandelingen een prioriteit gemaakt in de geneeskunde.
Een veelbelovende behandelrichting is het gebied van gepersonaliseerde geneeskunde, waarbij therapieën worden aangeboden op basis van het DNA van de patiënt.
Het doel is om de genetische oorzaak van de ziekte te begrijpen, hetzij door de DNA-gebieden te lokaliseren die tot de ontwikkeling ervan hebben geleid, hetzij door de genetische mutatie te vinden die verantwoordelijk is voor abnormale celgroei die kenmerkend is voor kanker.
Een nieuw concept van mRNA-modificatie
Menselijk DNA bevat ongeveer 20.000 genen die instructies bevatten voor het maken van eiwitten, enzymen en andere deeltjes waaruit het lichaam bestaat.
Het aanbrengen van wijzigingen in het DNA is echter zo kostbaar, moeilijk en riskant dat er tot op heden maar weinig gentherapieën zijn goedgekeurd.
Ze zijn meestal gebaseerd op gemodificeerde retrovirussen die door celafweermechanismen kunnen glippen en nieuwe informatie rechtstreeks in de celkern kunnen introduceren.
Een veel minder invasieve benadering is om je te concentreren op de manier waarop informatie die in DNA is geschreven, wordt overgedragen naar de ribosomen van de cel, waar de commando's die in het DNA zijn gecodeerd voor eiwitproductie, worden uitgevoerd.
Moleculen die messenger RNA (mRNA) worden genoemd, zijn verantwoordelijk voor het verzenden van deze informatie. Het is van nature van korte duur, dus menselijke enzymen en eiwitten hebben doorgaans elk gemodificeerd extern ingebracht mRNA afgebroken voordat het het beoogde therapeutische effect aan het ribosoom communiceerde.
Voortbouwend op onderzoek dat vier decennia eerder begon, stelden Jemielity en zijn team een andere benadering voor, waarbij ze zich concentreerden op de delicate structuren aan het einde van elk mRNA-molecuul, bekend als de 5'-dop. "De kapstructuur is erg belangrijk voor het mRNA-metabolisme, omdat zonder dit mRNA zeer snel afbreekt en zijn functies niet kan uitoefenen. De dop beschermt het mRNA dus tegen afbraak. '
Het onderzoeksteam veranderde een van de ongeveer 80.000 atomen van een typisch mRNA-molecuul door het zuurstofatoom te vervangen door een zwavelatoom. Op deze manier is een synthetische mRNA-dop gemaakt.
De gepatenteerde uitvinding - Beta-S-ARCA genaamd - leidde tot de creatie van een stabiel mRNA, vijf keer effectiever en drie keer stabieler in de cel dan een natuurlijk voorkomend molecuul, waardoor de weg werd geopend voor de ontwikkeling van op mRNA gebaseerde therapieën.
Van laboratorium tot markt
Na de start van het Europese octrooiproces in 2008, ging het team een partnerschap aan met BioNTech van de Universiteit van Mainz (Duitsland), gespecialiseerd in gentherapieën.
De eerste klinische onderzoeken met mRNA-caps die door het UW-team waren ontwikkeld, begonnen twee jaar later. In 2013 heeft BioNTech de stabiele mRNA-technologie in licentie gegeven aan de belangrijkste farmaceutische bedrijven, waaronder het Franse Sanofi S.A. en Genetech Inc.
In juli 2017 publiceerde BioNTech veelbelovende resultaten van de eerste menselijke proeven met een gepersonaliseerd, op mRNA gebaseerd antikankervaccin met caps die zijn ontwikkeld door Jemielity en zijn team.
Acht van de 13 studiedeelnemers die regressieve melanoomrecidieven hadden, hadden geen kankercellen gedurende de 23 maanden van de studie.
Een van de andere vijf mensen die nieuwe tumoren ontwikkelden, vertoonde daarentegen wel een krimp van de tumor.
Het studievaccin, dat ook kan worden aangepast om andere soorten kanker te behandelen, is gebaseerd op het sequencen van het DNA van de tumor van de patiënt en het vergelijken met dat van normaal weefsel.
Nadat de mutatie is geïdentificeerd, wordt kunstmatig veranderd mRNA in het lichaam van de patiënt geïnjecteerd, waardoor het immuunsysteem kankercellen kan detecteren en vernietigen.
BionTech is van plan deze technologie te testen in combinatie met een antikankermedicijn genaamd Tecentriq.
Onderzoeks groep
Al in de jaren tachtig liepen de medewerkers van de Universiteit van Warschau ver voor op hun collega's die zich met mRNA-stabilisatie bezighielden, lang voordat het werd beschouwd als een structureel element dat mogelijk zou kunnen worden gebruikt in levensreddende therapieën.
Edward Darżynkiewicz, een ervaren teamlid, behaalde zijn masterdiploma in 1970 en verdedigde zijn doctoraal proefschrift in de organische chemie aan de Universiteit van Warschau in 1976, en vanaf 2009 werkte hij aan de Universiteit van Warschau als hoogleraar natuurkunde.
Hij is het hoofd van het Gene Expression Laboratory van de afdeling Fysica van de Universiteit van Warschau en het Interdisciplinair Laboratorium voor Moleculaire Biologie en Biofysica van het Centrum voor Nieuwe Technologieën van de Universiteit van Warschau.
In 2015 ontving hij de Medaille van Leon Marchlewski voor buitengewone prestaties in de biochemie en biofysica. Hij is co-auteur van 208 wetenschappelijke publicaties, drie Europese octrooien en één Amerikaans octrooi.
Jacek Jemielity werkt sinds 2013 ook bij het Centrum voor Nieuwe Technologieën aan de Universiteit van Warschau als hoogleraar organische chemie en is momenteel hoofd van het Organische Chemisch Laboratorium daar.
Hij is de auteur van drie Europese octrooien en bijna 100 wetenschappelijke publicaties. Voor zijn wetenschappelijke prestaties ontving hij de prijs van de rector van de universiteit van Warschau en de prijs van de faculteit natuurkunde van de universiteit van Warschau.
Joanna Kowalska is sinds 2011 assistent-professor aan de Faculteit Natuurkunde, Afdeling Biofysica, Universiteit van Warschau. Momenteel is hij ook projectmanager.
Mevrouw Joanna is de auteur van meer dan 50 wetenschappelijke werken en drie Europese patenten. Ze ontving de tweede graadsprijs van de Universiteit van Warschau, de prijs voor de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Warschau en de prijs van Prof. Pieńkowski.
In 2018 werden Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz en hun team ook geëerd voor hun uitvindingen met de economische onderscheiding van de president van Polen in de categorie "Onderzoek en ontwikkeling".
