La svolta dell'mRNA potrebbe consentire lo sviluppo di trattamenti personalizzati per cancro e difetti genetici: un team di scienziati polacchi nominato per il 2018 European Inventor Award.
- La condizione per lo sviluppo di una medicina completamente personalizzata e con la massima efficacia è quella di offrire terapie su misura per i singoli pazienti e le loro malattie specifiche, anche a livello cellulare.
Questo è l'obiettivo degli scienziati polacchi: Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz e il loro team.
Hanno sviluppato un'estremità durevole, più efficace e facile da produrre della molecola di mRNA, la cosiddetta cap, che istruisce la cellula a produrre proteine specifiche.
La tecnica proposta dagli scienziati permette di pensare a soluzioni mediche che correggono il sistema informativo genetico del corpo senza introdurre cambiamenti diretti nel DNA del paziente.
Per i loro risultati, Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz e un team di scienziati dell'Università di Varsavia sono stati nominati per la finale dell'European Inventor Award 2018 nella categoria "Ricerca". I vincitori del premio EPO di quest'anno saranno annunciati durante una cerimonia che si terrà il 7 giugno a Parigi.
"Il concetto proposto dagli scienziati polacchi potrebbe estendere l'uso della medicina personalizzata basata sulla biologia molecolare", ha detto Benoît Battistelli, presidente dell'EPO. "Questa invenzione riflette il modo in cui la ricerca medica europea sta aiutando a creare nuovi concetti per il trattamento del cancro e di altre malattie mortali che potrebbero potenzialmente beneficiare milioni di persone".
Un'esperienza personale che ha contribuito allo sviluppo della medicina personalizzata
Per Jacek Jemielity, che lavora in chimica bioorganica presso l'Università di Varsavia, la questione dello sviluppo di nuovi metodi di cura di malattie come il cancro era di particolare importanza.
Mentre il suo team stava studiando lo sviluppo di un mRNA più stabile e chimicamente modificato come trasportatore di farmaci, sua figlia ha sviluppato la leucemia.
"Ho passato molto tempo in ospedale, dove ho visto molti bambini lottare per la propria vita", dice Jemielity. "La sua malattia è stata una motivazione estremamente importante per il mio lavoro".
E sebbene la figlia dello scienziato si sia completamente ripresa, ogni anno vengono diagnosticati oltre 10 milioni di nuovi casi di varie forme di cancro.
Il cancro, in tutte le sue forme, è la seconda causa di morte nel mondo. Trattamenti standard come la chirurgia, la radioterapia e la chemioterapia stanno facendo progressi significativi.
Tuttavia, il fatto che, secondo le stime, due persone su cinque possono sviluppare il cancro per tutta la vita, e gli enormi costi finanziari che ne derivano e l'impatto sulla vita dei pazienti, hanno reso la ricerca di nuovi concetti nel trattamento del cancro una priorità medica.
Una direzione promettente del trattamento è l'area della medicina personalizzata, che offre terapie basate sul DNA del paziente.
L'obiettivo è comprendere la causa genetica della malattia, sia individuando le aree di DNA che hanno portato al suo sviluppo, sia trovando la mutazione genetica responsabile della crescita cellulare anormale tipica del cancro.
Un nuovo concetto di modifica dell'mRNA
Il DNA umano contiene circa 20.000 geni che contengono istruzioni per produrre proteine, enzimi e altre particelle che compongono il corpo.
Tuttavia, apportare modifiche al DNA è così costoso, difficile e rischioso che ad oggi sono state approvate poche terapie geniche.
Si basano principalmente su retrovirus modificati che possono scivolare attraverso i meccanismi di difesa cellulare e introdurre nuove informazioni direttamente nel nucleo cellulare.
Un approccio molto meno invasivo consiste nel concentrarsi sul modo in cui le informazioni scritte nel DNA vengono trasferite ai ribosomi della cellula, dove vengono eseguiti i comandi di produzione delle proteine codificati nel DNA.
Le molecole denominate RNA messaggero (mRNA) sono responsabili della trasmissione di queste informazioni. È di natura breve, quindi gli enzimi e le proteine umani hanno tipicamente degradato qualsiasi mRNA modificato inserito esternamente prima che comunicasse l'effetto terapeutico previsto al ribosoma.
Basandosi sulla ricerca iniziata quattro decenni prima, Jemielity e il suo team hanno proposto un approccio diverso, concentrandosi sulle delicate strutture alla fine di ciascuna molecola di mRNA, note come 5 'cap. "La struttura del cappuccio è molto importante per il metabolismo dell'mRNA, perché senza di essa, l'mRNA si rompe molto rapidamente e non può svolgere le sue funzioni. Il tappo quindi protegge l'mRNA dalla degradazione. "
Il team di ricercatori ha cambiato uno dei circa 80.000 atomi di una tipica molecola di mRNA sostituendo l'atomo di ossigeno con un atomo di zolfo. In questo modo è stato creato un cappuccio di mRNA sintetico.
L'invenzione brevettata - chiamata Beta-S-ARCA - ha portato alla creazione di un mRNA stabile, cinque volte più efficace e tre volte più stabile nella cellula di una molecola presente in natura, aprendo la strada allo sviluppo di terapie a base di mRNA.
Dal laboratorio al mercato
Dopo l'inizio del processo di brevetto europeo nel 2008, il team ha formato una partnership con BioNTech dell'Università di Mainz (Germania), specializzata in terapie geniche.
Due anni dopo sono iniziati i primi test clinici che utilizzavano mRNA caps sviluppati dal team UW. Nel 2013, BioNTech ha concesso in licenza la tecnologia dell'mRNA stabile alle più importanti aziende farmaceutiche, tra cui la francese Sanofi S.A. e Genetech Inc.
Nel luglio 2017, BioNTech ha pubblicato risultati promettenti dei primi studi sull'uomo di un vaccino anti-cancro personalizzato basato su mRNA utilizzando tappi sviluppati da Jemielity e dal suo team.
Otto dei 13 partecipanti allo studio che avevano recidive di melanoma regressivo non avevano cellule tumorali durante i 23 mesi dello studio.
Al contrario, una delle altre cinque persone che hanno sviluppato nuovi tumori ha mostrato una contrazione del tumore.
Il vaccino in studio, che può anche essere adattato per trattare altri tipi di cancro, si basa sul sequenziamento del DNA del tumore del paziente e sul confronto con quello del tessuto normale.
Dopo l'identificazione della mutazione, l'mRNA alterato artificialmente viene iniettato nel corpo del paziente, consentendo al sistema immunitario di rilevare e distruggere le cellule tumorali.
BionTech prevede di testare questa tecnologia insieme a un farmaco anti-cancro chiamato Tecentriq.
Gruppo di ricerca
Già negli anni '80, i dipendenti dell'Università di Varsavia erano molto più avanti rispetto ai loro colleghi che si occupavano di stabilizzazione dell'mRNA, molto prima che fosse considerato un elemento strutturale potenzialmente utilizzabile nelle terapie salvavita.
Edward Darżynkiewicz, un membro del team esperto, ha conseguito il master nel 1970 e ha difeso la sua tesi di dottorato in chimica organica presso l'Università di Varsavia nel 1976, e dal 2009 ha lavorato presso l'Università di Varsavia come professore ordinario di fisica.
È a capo del Gene Expression Laboratory presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Varsavia e del Laboratorio Interdisciplinare di Biologia Molecolare e Biofisica presso il Centro di Nuove Tecnologie dell'Università di Varsavia.
Nel 2015 è stato insignito della Medaglia di Leon Marchlewski per i risultati straordinari in biochimica e biofisica. È coautore di 208 pubblicazioni scientifiche, tre brevetti europei e un brevetto statunitense.
Jacek Jemielity lavora anche presso il Centro di nuove tecnologie dell'Università di Varsavia come professore di chimica organica dal 2013 e attualmente è a capo del laboratorio di chimica organica.
È autore di tre brevetti europei e quasi 100 pubblicazioni scientifiche. Per i suoi risultati scientifici ha ricevuto il Premio del Rettore dell'Università di Varsavia e il Premio della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia.
Joanna Kowalska è professore assistente presso la Facoltà di Fisica presso il Dipartimento di Biofisica dell'Università di Varsavia dal 2011. Attualmente è anche project manager.
La sig.ra Joanna è autrice di oltre 50 articoli scientifici e tre brevetti europei. Ha ricevuto il Premio di Secondo Grado del Rettore dell'Università di Varsavia, il Premio della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia e il Premio del Prof. Pieńkowski.
Nel 2018, Jemielity, Kowalska, Darżynkiewicz e il loro team sono stati anche premiati per le loro invenzioni con il Premio economico del presidente della Polonia nella categoria "Ricerca e sviluppo".
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