Zespół naukowców z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, pod przewodnictwem dr Katarzyny Magiery-Mularz, jako pierwszy opisał charakterystykę strukturalną i właściwości biologiczne peptydu (pAC65) – cząsteczki przeciwnowotworowej. Czy odkrycie otworzy nowe perspektywy w leczeniu immunoterapeutycznych nowotworów? Jakie zmiany w świecie medycyny mogą wydarzyć się w konsekwencji opisania peptydu (pAC65)?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz – Naukowczyni z Wydziału Chemii UJ, specjalizująca się w biochemii białek. W 2017 r. wyróżniona została Nagrodą Komitetu Biotechnologii PAN im. Prof. Wacława Szybalskiego za najlepszą oryginalną pracę młodego polskiego badacza w dziedzinie biotechnologii. Zespół naukowców pod jej przewodnictwem jako pierwszy opisał charakterystykę strukturalną i właściwości biologiczne peptydu (pAC65).
Magdalena Marynowska – Redaktor Naczelna Coopernicus, studentka Prawa i Stosunków Międzynarodowych na Uniwersytecie Warszawskim.
Magdalena Marynowska: Skąd wziął się pomysł na podjęcie badań nad związkiem firmy BMS?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz: Od lat interesujemy się pracami badawczymi najbardziej uznanych firm farmaceutycznych dotyczących tematyki inhibitorów PD-L1 – białka, które jest jednym z celów przełomowej terapii przeciwnowotworowej. Prace badawcze, które zapoczątkowały opracowanie immunoterapii zostały w 2018 roku uhonorowane Nagrodą Nobla.
Inspiracją do kontynuacji badań w tematyce peptydów makrocyklicznych, czyli krótkich ciągów aminokwasów połączonych w pierścień, była moja wcześniejsza praca, opublikowana w Angewandte Chemie, w której, wtedy jeszcze pracując w zespole prof. Holaka, opisałam dwie pierwsze w świecie struktury peptydów w kompleksach z białkiem PD-L1. Śledząc najnowsze doniesienia, o wejściu peptydów makrocyklicznych w fazę badań klinicznych, wiedziałam, że firma BMS ma peptyd o zdecydowanie lepszych właściwościach biologicznych, niż te opisane w pierwszej pracy. Jest to o tyle ważne, ponieważ ta klasa związków wykazuje zalety w porównaniu do standardowych przeciwciał monoklonalnych. Oczywiście w interesie firmy, badania kliniczne są z jednej strony utajnione, a z drugiej objęte ochroną patentową. Jednakże przedstawienie tego typu danych środowisku naukowemu potencjalnie przyspieszy proces wynalezienia związków charakteryzujących się jeszcze lepszymi właściwościami.
Magdalena Marynowska: Jak wyglądał przebieg prac nad opracowaniem wspomnianej charakterystyki strukturalnej kompleksu pAC65/białko?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz: Praca nad badaniami strukturalnymi kompleksów białko-inhibitor zawsze zaczyna się od dwóch podstawowych kwestii: pozyskania białka i inhibitora. Metodę otrzymywania próbek białka PD-L1 mieliśmy już doskonale opracowaną, ponieważ badania w tej tematyce prowadzimy od wielu lat. Próbkę inhibitora – peptydu makrocyklicznego, uzyskaliśmy natomiast dzięki współpracy z zespołem prof. Berlickiego z Politechniki Wrocławskiej. Mając inhibitor, początkowo, wykonaliśmy standardowe testy jego zdolności do interakcji z białkiem. Już dzięki wynikom tego początkowego etapu wiedzieliśmy, że mamy w rękach pierwszy raz tak silny inhibitor kompleksu białek PD-1/PD-L1. Wracając jednak do tematu charakterystyki strukturalnej – wymogiem dla pozyskania dokładnych informacji o oddziaływaniach białko-inhibitor jest otrzymanie odpowiedniej jakości kryształów takiego kompleksu. Testując setki warunków krystalizacyjnych oraz uzyskując dostęp do najlepszych placówek oferujących promieniowanie synchrotronowe w Europie, otrzymaliśmy odpowiedni zestaw danych, który pozwolił scharakteryzować oddziaływanie pAC65 z PD-L1 na poziomie molekularnym.
Magdalena Marynowska: Jakie metody eksperymentalne zostały wykorzystane do oceny interakcji pAC65 z PD-L1?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz: Do badania interakcji wykorzystaliśmy przede wszystkim technikę spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). Korzystając z odpowiednio przygotowanej, znakowanej próbki białka zarejestrowaliśmy jego widmo – czyli charakterystyczny zapis sygnałów dla tego białka. Następnie miareczkując próbkę białkową peptydem, obserwowaliśmy w jaki sposób białko „reaguje” na jego obecność. Dodatkowo wykazaliśmy, że peptyd jest zdolny do zaburzenia oddziaływania białek w kompleksie PD-1/PD-L1. Jest to o tyle ważne, ponieważ komórki nowotworowe wykorzystują kompleks PD-1/PD-L1 do ucieczki przed układem immunologicznym. Jednak to nie te badania na uproszczonych układach białko-inhibitor świadczą o potencjalne opisanego przez nas peptydu. Dużo bardziej istotne są wyniki badań uzyskane na komórkach, które nadzorował dr hab. Łukasz Skalniak – kierownik zespołu w którym obecnie pracuję oraz badania prowadzone na komórkach izolowanych z krwi pacjentów, które prowadziliśmy we współpracy z zespołem prof. Siedlara z Collegium Medicum UJ. Zastosowane modele przedstawiają sytuację, która dużo lepiej odwzorowuje warunki w organizmie. Wyniki tych badań pozwoliły nam potwierdzić zdolność peptydu do dysocjacji kompleksu PD-1/PD-L1 w układach biologicznych, jak również, wykazały jego wyjątkowo wysoką aktywność porównywalną z tą obserwowaną dla przeciwciał stosowanych w immunoterapii nowotworów.
Magdalena Marynowska: Terapie immunologiczne raka – o co w zasadzie w nich chodzi?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz: Terapie te oparte są na dość nowej koncepcji pobudzenia układu immunologicznego do niszczenia komórek nowotworowych. Wiele chorób nowotworowych charakteryzuje się tym, że komórki rakowe prezentując na swojej powierzchni odpowiednie białka (między innymi PD-L1) przestają być widoczne dla układu odpornościowego, który powinien je eliminować. Terapie immunologiczne, obecnie możliwe jedynie z zastosowaniem przeciwciał, przywracają i wzmacniają ten naturalny mechanizm organizmu człowieka do zwalczania komórek nowotworowych. Co ważne – immunoterapie – to obecnie jedyna strategia, która pozwala wyleczyć osoby z nowotworami w bardzo zaawansowanym stadium. Dodatkowo, dają naprawdę przełomowe wyniki, których wcześniej nie udało się uzyskać stosując żadną z klasycznych metod takich jak radio- lub chemioterapie. Należy jednak podkreślić, że rak nie jest pojedynczą jednostką chorobową. Za tym określeniem kryje się zbiór wielu różnych zaburzeń, które mają tylko jedną wspólną cechę – zdolność do szybkiego i niekontrolowanego wzrostu. Immunoterapia, jak i każda inna metoda nie jest zatem uniwersalną strategią, która pomoże w każdym przypadku, choć jej możliwości terapeutyczne są faktycznie imponujące.
Magdalena Marynowska: Czy w dalszej perspektywie, są już plany testów przedklinicznych, a następnie klinicznych nad peptydem pAC65?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz: Oczywiście, poznanie profilu działania peptydu w bardziej zaawansowanych układach wydaje się bardzo interesujące. Trzeba jednak sobie uzmysłowić, że każdy kolejny etap badań wiąże się z coraz większymi kosztami, na które mogą pozwolić sobie jednak największe firmy farmaceutyczne, ale nie uczelnie. Wstępny plan badań przedklinicznych mamy w głowach, jednak liczymy się z tym, że po opublikowaniu tej pracy inna grupa, która posiada już opracowane metody i modele do dalszych badań, będzie szybsza. I dobrze! Dla nauki i rozwoju immunoterapii ważne aby wyniki takich badań były dostępne jak najszybciej. Badania kliniczne nie są z kolei kompletnie w naszym zasięgu, ale myślę że jeśli profil peptydu w badaniach przedklinicznych będzie obiecujący to na pewno wejdzie w kolejne fazy badań.
Magdalena Marynowska: Jakie zmiany w świecie medycyny mogą wydarzyć się w konsekwencji opisania peptydu (pAC65)?
dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz: Na pewno nie będą to szybkie zmiany. Cały proces testów przedklinicznych, klinicznych i ewentualnej legalizacji do zastosowań medycznych to lata pracy. Być może struktura chemiczna peptydu będzie również wymagała dodatkowych optymalizacji. Wtedy cały cykl badań zacznie się od nowa. Jeśli jednak tego typu peptyd przejdzie wszystkie badania pozytywnie, możliwe jest, że będzie to przełom w dostępności immunoterapii dla pacjentów. Zaletą niebiałkowych inhibitorów jest między innymi to, że nie muszą być one podawane dożylnie. Zatem, być może uda się opracować terapię o podobnej efektywności co te oparte na przeciwciałach, która będzie dostępna do podania w domu, przykładowo w postaci sprayu do nosa. Istnieje również szansa, że zastosowanie peptydu pozwoli przezwyciężyć niektóre efekty uboczne związane z zastosowaniem przeciwciał, co znowu poprawiłoby jakość życia pacjenta onkologicznego. Choć droga do wprowadzenia takiej udoskonalonej terapii dzisiaj wydaje się bardzo długa to życzę sobie i Państwu aby stała się możliwa.
Odkrycie charakterystyki strukturalnej i właściwości biologicznych peptydu pAC65 przez zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego może zrewolucjonizować leczenie immunoterapeutyczne nowotworów. To odkrycie ma potencjał do rozwoju bardziej skutecznych, mniej toksycznych i dostępnych terapii, które mogą poprawić jakość życia pacjentów. Możliwość stosowania peptydu pAC65 w bardziej komfortowy sposób otwiera nowe perspektywy w walce z nowotworami. Choć droga do wprowadzenia tej terapii może być długa, to jest to obiecujący krok w przyszłość medycyny i walki z chorobą nowotworową.
Magdalena Marynowska, dr inż. Katarzyna Magiera-Mularz
