Prof. Marycz: – To krok do powstania szczepionki przeciwko osteoporozie

• Osteoporoza – wyzwanie medyczne i społeczne
• Rewolucyjny pomysł powstał dzięki... koniom
• Jak zmusić komórki w kości do odbudowy ubytków
• Prof. Marycz: – Zapraszam młodych i ambitnych naukowcow do zespołu badawczego

Cichy złodziej kości

Na osteoporozę choruje co trzecia kobieta po okresie przekwitania – ryzyko złamania kości wynosi u nich około 40%, podczas gdy u mężczyzn jest to ok. 13-22%. To uogólniona choroba metaboliczna kości, która charakteryzuje się niską masą kostną, upośledzoną mikroarchitekturą tkanki kostnej, a w konsekwencji zwiększoną jej łamliwością i podatnością na złamania. W początkowej fazie choroba przebiega bezobjawowo – dlatego też osteoporoza nazywana jest cichym złodziejem kości. W krajach wysoko rozwiniętych, a do takich należy również Polska, powikłania z nią związane są jedną najczęstszych przyczyn śmierci, zwłaszcza u osób w podeszłym wieku. Wynika to z tego, że złamania kości prowadzą do zaniku mięśni, większego ryzyka zakażenia, odleżyn, zatoru płuc czy opadowego zapalenia płuc.

– Osteoporoza jest chorobą społeczną, a więc taką, która jest istotna nie tylko z powodu skali, ale też kosztów ekonomicznych. Co więcej, ubytki kostne mogą występować na przykład po resekcji zęba – takie doświadczenie ma wiele osób i jest to obecnie ogromny problemem starzejącego się społeczeństwa, o którym z uwagi na brak świadomości w tym zakresie niewiele się mówi. Są to również ubytki kostne po urazach twarzo-czaszki, do jakich dochodzi w wyniku wypadków komunikacyjne. Skala i problemy są tu bardzo duże, bo ubytki nie chcą się goić, co powoduje dramatyczne obniżenie jakości życia tych ludzi, którzy mają trudności w mówieniu, piciu, jedzeniu – mówi prof. Krzysztof Marycz, który w swoim projekcie, wykorzystując technologię mRNA, stworzy biomateriał, dzięki któremu nie tylko możliwe będzie zahamowanie procesu rzeszotowienia kości, ale dojdzie też do odbudowy brakującego materiału kostnego.

Od koni do człowieka

mRNA to informacyjny matrycowy kwas rybonukleinowy. Po raz pierwszy wykorzystano go w celach terapeutycznych w 2001 roku – pobrano komórki pacjenta, wprowadzono do nich RNA, po czym wprowadzono je do organizmu chorego. mRNA to inaczej kopia konkretnego genu, np. zawierającego informację o tym, jak wyprodukować dane białko. Za jego pośrednictwem organizm przenosi tę informację z DNA, czyli genomu, zlokalizowanego w jądrze komórkowym bez jego naruszania. Później, dzięki „przepisowi” zawartemu w mRNA, w cytoplazmie komórki syntetyzowane jest dane białko, a to białka właśnie regulują większość procesów fizjologicznych w  organizmie. Tę właściwość wykorzystano przy tworzeniu szczepionki przeciwko SARS-COV-2.

– A ja wykorzystam ją w procesie osteoporotycznym. Nad tym rozwiązaniem zaczęliśmy pracować już kilka lat temu, przed pandemią. Punktem wyjścia były badania związane z końmi. Razem z Pawłem Golonką zaproponowaliśmy podobną technologię, choć jeszcze bez mRNA, do wypełniania cyst podchrzęstnych u koni. Wszystko się dobrze powiodło, opublikowaliśmy pracę ukazującą spektakularne wyniki badań klinicznych, więc zacząłem się zastanawiać nad tym, jak to doświadczenie wykorzystać w szukaniu rozwiązań terapeutycznych dla ludzi. Bo po pierwsze, konie mogą pomagać medycynie człowieka, ale po drugie – czy chodzi o to, by pomagać setkom koni, czy milionom ludzi? – tłumaczy prof. Marycz i dodaje, że te pytania, czy też raczej odpowiedzi na nie, stały się dla niego punktem zwrotnym w myśleniu o nauce. Konie to jego pasja – nie wyobraża sobie życia bez jazdy konnej i to właśnie dzięki koniom wpadł na pomysł odwrócenia procesu resorpcja kości poprzez zastosowanie cząsteczek mRNA i/lub małych niekodujących RNA (mikroRNA/miRNA). Cząsteczki miRNA regulują poziom mRNA, działając na poziomie postranskrypcyjnym, mając bezpośrednio wpływ na oczekiwany efekt terapeutyczny.

Osteoklasty, osteoblasty i mRNA

W zwycięskim projekcie naukowiec z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu zaproponował więc wykorzystanie technologii nieorganicznej do ochrony cząsteczek organicznych: mRNA ma hamować osteoklasty i promować osteoblasty w miejscu ubytku w kości.

– To radykalna zmiana myślenia. Do tej pory myślano o tym, by do kości dostarczać wapń. Ja zamierzam wykorzystać komórki, które ten wapń produkują, bo problemem osteoporozy są nadaktywne komórki kościogubne, tj. te „zjadające” kość. Z kolei te, które ją budują i umożliwiają deponowanie wapnia w kości, są wyraźnie słabsze. Wpadłem więc na pomysł, by na poziomie postranskrypcyjnym zablokować komórki osteoporotyczne, a więc osteoklasty, a aktywować komórki osteoblastyczne, tym samym doprowadzając do sytuacji, w której będą one deponować kluczowe białka w macierzy kostnej i sprzyjać odkładaniu się wapnia, a więc budować kość w miejscu ubytku – tłumaczy prof. Krzysztof Marycz i od razu dodaje, że rewolucyjność tej metody polega nie tylko na odwróceniu procesu, jaki zachodzi w kości, ale też na precyzji umiejscowienia tego procesu i jego regulacji. Biomateriał z mRNA będzie bowiem wprowadzany w miejsce konkretnego ubytku, a lekarz będzie sterował kolejnością aktywacji: najpierw będą się otwierać mikrokapsułki z mRNA, które zahamuje osteoklasty, a potem będą się otwierać kolejne – tym razem z mRNA, które pobudzi osteoblasty do działania. Nowością jest też materiał, w którym będzie umieszczone mRNA, które w obecnie stosowanych rozwiązaniach jest zawieszone w lipidach. Tutaj zostaną użyte hydroksyapatyty, a więc związki nieorganiczne połączone z nanocząsteczkami magnetycznymi.

W projekcie realizowanym przez konsorcjum: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego PAN, gdzie zespół prof. Rafała J. Wiglusza będzie wytwarzał biomateriał, oraz spółkę Vivadental zaplanowane są badania przedkliniczne i kliniczne ok. 15 pacjentek w wieku powyżej 60. roku życia leczonych z powodu ubytków kostnych twarzo-czaszki, chorób przyzębia lub o upośledzonym metabolizmie kostnym m.in. z osteoporozą.

Szansa dla ambitnych

– Powołany przeze mnie zespół badawczy jest interdyscyplinarny, bo tego wymagają tak zaawansowane badania z zakresu medycyny spersonalizowanej i precyzyjnej – mówi prof. Marycz. Dodaje również, że w badania zaangażowani są biolodzy molekularni, specjaliści z zakresu inżynierii tkankowej i biomateriałowej, jak również klinicyści. Profesor Marycz podkreśla też, że projekt ten jest przykładem skutecznego przełożenia badań naukowych na konkretną strategię terapeutyczną, tzw. medycynę translacyjną.
– Mój projekt daje szansę rozwoju całej grupie badawczej, a co więcej, pozwala rozbudować zespół – dlatego też zwracam się do młodych i ambitnych naukowców – jeśli kogoś interesują innowacyjne badania z zakresu spersonalizowanej i precyzyjnej medycyny  translacyjnej, to zapraszam do aplikacji i zgłoszenia się do mnie, aby dać sobie szansę udziału w projekcie, który otwiera możliwość rozwoju i udziału w przełomowych badaniach – mówi prof. Krzysztof Marycz.

– Mam nadzieję, że uda nam się dojść do trzeciego etapu, którym będzie szczepionka przeciwko osteoporozie. Jeśli w 15 miesięcy, wykorzystując mRNA, udało się dać ludzkości szczepionkę przeciwko SARS-COV-2, to marzenie to wcale nie jest nierealne – uśmiecha się prof. Marycz, który przyznaje, że inspiracje i pomysły na badania zwykle pojawiają się u niego rano, po codziennym bieganiu i pokonaniu dystansu 10 kilometrów. I ma to jak najbardziej naukowe uzasadnienie: według najnowszych doniesień naukowych hipokampus – w czasie biegania – wytwarza nowe połączenia nerwowe, co powoduje, że dwie godziny po tym wysiłku fizycznym mózg jest najaktywniejszy i jest to najlepszy czas na pracę.

– I tak zrodził się pomysł na kolejne badania, czy też marzenia – szczepionka przeciwko rakowi prostaty i jelita grubego. Wpisałem sobie to marzenie na listę zadań, na których chcę się skupić. Jeśli są zaawansowane prace nad szczepionką przeciwko rakowi jajnika, bo tu jest zdefiniowany gen odpowiedzialny za rozwój tego nowotworu, to jestem przekonany, że te dwie są jak najbardziej realne – podkreśla prof. Krzysztof Marycz. Dodaje również, że szczepionkę przeciwko rakowi prostaty chce zrobić, bo po pierwsze jest mężczyzna, a po drugie – śmiertelne żniwo tej choroby wynika ze wstydu i strachu, które powodują, że pacjenci zgłaszają się do lekarza, kiedy choroba jest już zaawansowana, a nie wtedy, kiedy pojawiają się pierwsze sygnały, że warto się zbadać.

Zwycięski projekt realizowany w ramach konkursu Tango 5 Narodowego Centrum Badań i Rozwoju zatytułowany jest: „Opracowanie platformy terapeutycznej do przyspieszonej augumentacji tkanki kostnej, w tym u pacjentów osteoporotycznych, opartej o nanometryczny hydroksyapatyt wapnia domieszkowany supermagnetycznymi tlenkami żelaza oraz sfunkcjonalizowany cząsteczkami RNA”. Jego koszt to 3 261 249,09 złotych. W konkursie, w którym startowało dwanaście projektów, wybrano cztery. Ten realizowany przez konsorcjum, w którym liderem jest Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, zdobył najwyższe finansowanie.

kbk