6 listopada 2011

Noble z medycyny 2011: Bruce Beutler, Jules Hoffmann, Ralph Steinman (1943-2011)

Ralph nie doczekał…
Paweł Kaliński, Wiesław W. Jędrzejczak

Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie badań medycznych otrzymali: Bruce Beutler (Scripps Research Institute, La Jolla), Jules Hoffmann (Institut de Biologie Moleculaire et Cellulaire, Strasburg) i Ralph Steinman (Rockefeller University, Nowy Jork) za prace nad funkcjonowaniem układu odpornościowego, a ściślej nad mechanizmami rozpoczynającymi odpowiedź odpornościową.

Kluczowe pytanie brzmi: jak komórkiodpornościowe organizmu mają odróżnić swoje komórki od obcych, np. bakteryjnych czy grzybiczych? Obce, czyli wrogie, należy zniszczyć, a własne zachować. Służą do tego dwa mechanizmy: odporności nieswoistej i odporności swoistej. Jak się okazało, mechanizmy odporności nieswoistej wcale nie są tak nieswoiste, jak się wcześniej wydawało. Kluczowe są tu receptory podobne do toll (ang. Toll-like receptors lub TLR). Ta nazwa nic nie znaczy. Podobno w niemieckim laboratorium, gdzie odkryto pierwszą muszkę z mutacją takiego receptora, ktoś zawołał na jej dziwny widok: „Das ist ja Toll”, czyli: „To jest zwariowane”. I tak zostało. Dziełem pierwszego z noblistów, prof. Julesa Hoffmanna, było odkrycie kolejnych tego rodzaju receptorów (a ściślej ich genów) u muszki owocowej. Potem okazało się, że takie receptory są na komórkach zwierząt wszystkich gatunków, także człowieka. Na różnych (głównie odpornościowych, m.in. w makrofagach) komórkach człowieka jest łącznie kilkanaście różnych receptorów TLR. Rozpoznają bez wcześniejszego uczulenia typowe struktury powierzchniowe bakterii i grzybów, np. lipopolisacharyd (co właśnie odkrył Bruce Beutler). Po rozpoznaniu pobudzają te komórki głównie do wydzielania tzw. cytokin prozapalnych i chemokin, co uruchamia „nieswoistą” reakcję zapalną zmierzającą do eliminacji drobnoustrojów. Istotną rolę w identyfikacji tych mechanizmów odegrali też nieżyjący już Charles Janeway i jego współpracownik Ruslan Medshitov z Uniwersytetu Yale.
Jeśli chodzi o odporność swoistą, to zarówno przeciwciała, jak i limfocyty T były już odkryte, kiedy Ralph Steinman rozpoczął swoje badania. Jego praca naukowa, początkowo w laboratorium Zanvila Cohna na Uniwersytecie Rockefellera, ośrodku, w którym pracowało 23 wcześniejszych noblistów, a później już samodzielnie, doprowadziła w 1973 r. do odkrycia komórek dendrytycznych, a następnie wykazania, że to właśnie one prezentują antygeny komórkom odpornościowym i tym samym rozpoczynają odpowiedź tych komórek w różnych rodzajach chorób.
Komórki dendrytyczne są obecne w większości ludzkich tkanek. Gromadzą się szczególnie w dużych ilościach w strefach kontaktu ze środowiskiem zewnętrznym, takich jak skóra, drogi oddechowe i układ pokarmowy, i po pozyskaniu antygenu wędrują z nim do najbliższego węzła chłonnego, gdzie poszukują limfocytu, który zareaguje na ten antygen, a następnie go pobudzają.
Terapeutyczne zastosowanie komórek dendrytycznych może tutaj przyjąć dwa kierunki. Pierwszy to celowane podawanie antygenu w postaci izolowanych białek, peptydów, wybiórczo do komórek dendrytycznych obecnych u pacjenta, przez związanie antygenu z przeciwciałami rozpoznającymi komórki dendrytyczne. Pozwala to wzmocnić odpowiedź odpornościową, dzięki uniknięciu prezentacji antygenu przez makrofagi, gdyż taka prezentacja ma odwrotny skutek, czyli działanie supresyjne. Modyfikacja ta, przetestowana przez Steinmana we współpracy z Michelem Nussenzweigiem (też z Rockefeller University), umożliwiła zmniejszenie skutecznej dawki antygenu 100-1000-krotnie, przy zachowaniu albo nawet zwiększeniu efektu terapeutycznego. Zaletą tej metody jest jej logistyczna prostota i ograniczone koszty. Zmodyfikowane szczepionki, które „adresują” antygen do określonych subpopulacji komórek dendrytycznych, mogą być wytwarzane masowo, w sposób podobny do otrzymywania szczepionek prewencyjnych. Problemy z zastosowaniem klinicznym wynikać mogą z niepełnej swoistości markerów ludzkich komórek dendrytycznych oraz zaburzeń funkcji komórek dendrytycznych, obserwowanych u dużej części pacjentów z zaawansowaną chorobą nowotworową.
Druga opcja to wytwarzanie komórek dendrytycznych i obładowywanie ich antygenem poza organizmem. Podejście to jest znacznie bardziej skomplikowane, pracochłonne i kosztowne, logistycznie porównywalne z takimi zabiegami jak przeszczepienie szpiku kostnego (choć pozbawione podobnego ryzyka) lub wysepek trzustkowych. Pomaga za to uniknąć ograniczeń związanych z upośledzeniem funkcji endogennych komórek dendrytycznych pacjentów i zapewnia uzyskanie w pełni dojrzałych komórek o wysokim stopniu aktywności przeciwnowotworowej. Pozwala też kontrolować proces dojrzewania komórek dendrytycznych i, przynajmniej w teorii, modyfikować go, precyzyjnie dostrajając indukowaną odpowiedź odpornościową do konkretnych potrzeb (np. wybrane mechanizmy efektorowe odpowiedzi komórkowej, zdolność limfocytów T do migracji do pożądanych tkanek, takich jak guz nowotworowy lub organy szczególnie narażone na przerzuty). Mimo trudności logistycznych (konieczność przygotowania autologicznych komórek dla poszczególnych pacjentów, ograniczona trwałość gotowej szczepionki), to właśnie podejście terapeutyczne zostało najdogłębniej prze-testowane klinicznie i doczekało się wprowadzenia pierwszego komercjalnego produktu na rynek amerykański.
Mimo wysokich kosztów tej terapii (obecnie 93 tys. dolarów za trzy dawki) i relatywnie niskiej efektywności (średnie przedłużenie przeżycia pacjentów opornych na leczenie hormonalne z 21 do 25 miesięcy), ta szczepionka jest pierwszym środkiem, w odniesieniu do którego udowodniono, że koncepcje naukowe Steinmana i jego kolegów mogą prowadzić do nowych terapii.
Ralph Steinman nie dowiedział się, że jest tegorocznym laureatem Nagrody Nobla. Zmarł niecałe 72 godziny przed ogłoszeniem wyników, po 4,5-rocznej, długo skutecznej walce z rakiem trzustki. Zaskakujące było, że w dniu wizyty jednego z nas (Pawła Kalińskiego) w maju 2007 r., niecałe trzy tygodnie po operacji, Ralph spędził już cały dzień w laboratorium, poprawiając artykuł swojego asystenta i planując następne doświadczenia. W czasie przeszło półgodzinnej rozmowy, obejmującej jego plany naukowe i nasze badania, było widoczne, że choć doskonale zdaje sobie sprawę z powagi swojej choroby, traktuje ją nie jak fatum, ale jak kolejne wyzwanie dla swoich badań i pasji naukowej.
W ciągu następnych 4,5 roku Steinman poddawał się wielu terapiom, w dużej części doświadczalnym i kierowanym przez niego samego. Były wśród nich przynajmniej dwie nowe terapie ulepszonymi komórkami dendrytycznymi. Nie sposób powiedzieć, na ile ten czas jego aktywnego życia z chorobą, która zwykle pozwala pacjentom żyć tylko przez kilka miesięcy, był wynikiem nowych terapii, a na ile pasji życia Ralpha. Jego badania udowodniły, że komórki dendrytyczne pomagają limfocytom walczyć z nowotworem, nawet zaawansowanym. Jesteśmy też przekonani, że pomogły Ralphowi w jego osobistej walce z rakiem, będąc częścią sukcesu ostatnich udanych lat życia, choć nie wiemy, jaki był tego mechanizm.

Paweł Kaliński, MD, PhD
Professor of Surgery, Immunology and Inf Dis Microbiol,
Director, Immunotransplantation Center University of Pittsburgh and the University of Pittsburgh Cancer Institute,

prof. dr hab. med. Wiesław W. Jędrzejczak,
kierownik Katedry i Kliniki Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych WUM

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza