Παραγωγή φαρμάκων μέσα στο ανθρώπινο σώμα από γενετικά τροποποιημένα παράσιτα!

Σύνοψη

• Επιστήμονες τροποποίησαν γενετικά το εντερικό παράσιτο Ancylostoma ceylanicum (αγκυλόστομος) με χρήση της τεχνολογίας CRISPR, καθιστώντας το ικανό να εκκρίνει φαρμακευτικές ουσίες μέσα στον ξενιστή.
• Τα παράσιτα λειτούργησαν ως «ζωντανά βιο-εργοστάσια», παράγοντας το ανθρώπινο αντίσωμα s16-HuScFv, το οποίο εξουδετερώνει εν μέρει την τετροδοτοξίνη, ένα από τα ισχυρότερα γνωστά δηλητήρια.
• Οι αγκυλόστομοι δεν αναπαράγονται στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος, διατηρώντας σταθερό τον πληθυσμό τους, ενώ εξουδετερώνονται πλήρως μέσα σε 24 ώρες με κοινά αντιπαρασιτικά χάπια.
• Στόχος είναι η μακροχρόνια in vivo χορήγηση θεραπειών για χρόνιες παθήσεις, όπως ο διαβήτης τύπου 2, η φλεγμονώδης νόσος του εντέρου και οι σοβαρές τροφικές αλλεργίες.
• Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, με γνώμονα την προστασία στρατιωτικού προσωπικού από βιολογικές απειλές.

Η βιοτεχνολογία πραγματοποιεί ένα καθοριστικό βήμα στην αντιμετώπιση χρόνιων ασθενειών και βιολογικών απειλών, καταργώντας την ανάγκη για επαναλαμβανόμενες ενέσιμες θεραπείες. Σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, επιστήμονες κατάφεραν για πρώτη φορά να επαναπρογραμματίσουν τον γενετικό κώδικα ενός κοινού εντερικού παρασίτου, μετατρέποντάς το σε ένα «ζωντανό εργοστάσιο» ικανό να παράγει και να χορηγεί βιολογικά φάρμακα απευθείας στον οργανισμό του ξενιστή.

Η ιδέα της σκόπιμης μόλυνσης με ένα παράσιτο για θεραπευτικούς σκοπούς μπορεί αρχικά να φαίνεται οξύμωρη, ωστόσο, η συγκεκριμένη προσέγγιση αξιοποιεί εκατομμύρια χρόνια εξελικτικής προσαρμογής, επιτρέποντας σε αυτούς τους μικροοργανισμούς να συμβιώνουν άριστα με τον άνθρωπο, παρακάμπτοντας το ανοσοποιητικό του σύστημα.

Πώς ένα εντερικό παράσιτο μετατρέπεται σε εργοστάσιο φαρμάκων;

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το σύστημα CRISPR/Cas9 στο στάδιο του αυγού του παρασίτου Ancylostoma ceylanicum, εισάγοντας το γονίδιο για το ανθρώπινο αντίσωμα s16-HuScFv. Το τροποποιημένο παράσιτο ενσωματώνεται στο έντερο του ξενιστή (πειραματόζωα χάμστερ) και παράγει σταθερά το αντίσωμα κατευθείαν στην κυκλοφορία του αίματος, καταπολεμώντας επιτυχώς τη θανατηφόρα τετροδοτοξίνη χωρίς να διαταράσσεται η φυσιολογία του.

Η επιστημονική ομάδα επέλεξε τον αγκυλόστομο A. ceylanicum λόγω της εξαιρετικής ικανότητας του να επιβιώνει στο ανθρώπινο γαστρεντερικό σύστημα εκκρίνοντας πολύπλοκα πρωτεϊνικά μείγματα. Ο αγκυλόστομος διαθέτει μέγεθος περίπου 1 εκατοστού, τρέφεται με ελάχιστες σταγόνες αίματος ημερησίως (λιγότερο από δύο) και διαθέτει ήδη την υποδομή να εκκρίνει πάνω από 1.000 διαφορετικά μόρια, τα οποία δρουν ως ανοσοκατασταλτικά και αντιφλεγμονώδη.

Για να επιτύχουν την ασφαλή γενετική τροποποίηση, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν αναλύσεις γονιδιώματος προκειμένου να εντοπίσουν τα λεγόμενα “Genomic Safe Harbors” (GSHs). Πρόκειται για συγκεκριμένες περιοχές στο DNA όπου η εισαγωγή ξένου γενετικού υλικού δεν διαταράσσει ζωτικές λειτουργίες. Χρησιμοποιώντας CRISPR, ενσωμάτωσαν επιτυχώς την αλληλουχία παραγωγής του αντισώματος s16-HuScFv. Το αποτέλεσμα; Τα ενήλικα παράσιτα όχι μόνο εξέφρασαν το γονίδιο, αλλά το μετέφεραν και στις επόμενες γενιές, αποδεικνύοντας τη σταθερότητα της κληρονομικής διαγένεσης.

Η βιολογική ασφάλεια του “Biofactory”

Ένα από τα σημαντικότερα ερωτήματα που προκύπτουν αφορά την ασφάλεια χρήσης παρασίτων. Πόσο ασφαλές είναι να φέρει κανείς γενετικά τροποποιημένους αγκυλόστομους στο έντερό του;

Η απάντηση κρύβεται στη βιολογία του παρασίτου. Ο Ancylostoma ceylanicum διαθέτει ένα εντυπωσιακό προφίλ ασφαλείας, καθώς έχει χάσει την ικανότητα να πολλαπλασιάζεται εντός του ανθρώπινου σώματος. Τα ενήλικα σκουλήκια στο έντερο γεννούν αυγά, τα οποία αποβάλλονται υποχρεωτικά μέσω των κοπράνων για να εκκολαφθούν στο εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό σημαίνει πρακτικά ότι:

• Δεν υπάρχει κίνδυνος υπερπληθυσμού: Εάν ένας ασθενής λάβει 50 προγραμματισμένες προνύμφες, θα αναπτύξει το πολύ 50 ενήλικα σκουλήκια. Ο πληθυσμός παραμένει σταθερός και πλήρως ελεγχόμενος.
• Άμεσος τερματισμός θεραπείας: Σε αντίθεση με περίπλοκες γονιδιακές θεραπείες (π.χ. ιικούς φορείς), η συγκεκριμένη μέθοδος διαθέτει ένα “kill switch”. Η λήψη ενός κοινού αντιπαρασιτικού χαπιού καθαρίζει πλήρως το έντερο σε λιγότερο από 24 ώρες, διακόπτοντας την παραγωγή του φαρμάκου.
• Μακροχρόνια δράση: Εφόσον δεν χορηγηθεί αντιπαρασιτικό, το σκουλήκι μπορεί να παραμείνει ενεργό και να εκκρίνει σταθερές δόσεις βιολογικών παραγόντων για χρόνια.

Από την εξουδετέρωση τοξινών στις χρόνιες παθήσεις

Ενώ το πείραμα επικεντρώθηκε στην τετροδοτοξίνη (το δηλητήριο του ψαριού pufferfish) χάρη στη χρηματοδότηση από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ για την ανάπτυξη αντίμετρων σε βιολογικά όπλα, ο πραγματικός αντίκτυπος της έρευνας αφορά τις χρόνιες παθήσεις.

Οι ερευνητές διερευνούν ήδη τον προγραμματισμό αυτών των παρασίτων για την αντιμετώπιση ευρύτερων γαστρεντερικών και συστημικών νοσημάτων. Βασικές κατευθύνσεις αποτελούν:

• Φλεγμονώδης Νόσος του Εντέρου (IBD): Παραγωγή αντισωμάτων που στοχεύουν απευθείας τις κυτοκίνες στο γαστρεντερικό σύστημα.
• Μεταβολικά νοσήματα: Απελευθέρωση πεπτιδίων ή ρυθμιστικών πρωτεϊνών για τη διαχείριση του Διαβήτη Τύπου 2.
• Αλλεργίες: Η ελεγχόμενη και απειροελάχιστη έκκριση συγκεκριμένων αλλεργιογόνων απευθείας στο έντερο θα μπορούσε να οδηγήσει σε σταδιακή απευαισθητοποίηση παιδιών με σοβαρές τροφικές αλλεργίες.

Αυτή η προσέγγιση αναιρεί το υψηλό κόστος παραγωγής των βιολογικών φαρμάκων σε τεράστιους βιοαντιδραστήρες και καταργεί την ανάγκη για επώδυνες, συχνές ενέσεις, καθώς ο ίδιος ο ασθενής, μέσω του συμβιωτικού οργανισμού, αναλαμβάνει ρόλο βιοαντιδραστήρα.

Με τη ματιά του Techgear

Η ικανότητα να ενσωματώνουμε φαρμακευτικά συστήματα απευθείας στον οργανισμό με τόσο κομψό τρόπο, γεφυρώνει τη συνθετική βιολογία με τη βιοϊατρική εφαρμοσμένη μηχανική.

Σε πρακτικό επίπεδο, η μετάβαση από το εργαστηριακό στάδιο (πειράματα σε χάμστερ) στις κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους θα απαιτήσει αυστηρό ρυθμιστικό έλεγχο από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Φαρμάκων (EMA). Η πρόκληση πλέον δεν εντοπίζεται στο εάν η μέθοδος λειτουργεί τεχνικά, αλλά στο πώς θα τυποποιηθεί η παραγωγή (“GMP manufacturing” των προνυμφών) και πώς θα καμφθεί η φυσιολογική ψυχολογική αποστροφή του κοινού προς την εσκεμμένη μόλυνση με παράσιτα. 

Οι αριθμοί, ωστόσο, ίσως λένε την αλήθεια, καθότι μια εφάπαξ κατάποση κάψουλας που παρέχει ανοσοθεραπεία για χρόνια, αποτελεί μια πρόταση που καμία τρέχουσα φαρμακοβιομηχανική πρακτική δεν μπορεί να αγνοήσει.