ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet Medyczny w Łodzi

prof. dr hab. n. med. Ireneusz Majsterek (kierownik zespołu)

dr n. med. Wioletta Rozpędek-Kamińska

dr n. med. Anna Walczak

dr n. med. Jacek Kabziński

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Niskocząsteczkowy inhibitor kinazy PERK może stanowić innowacyjną terapię stosowaną w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych w tym choroby Alzheimera, choroby Parkinsona oraz jaskry pierwotnej otwartego kąta. Najnowsze doniesienia naukowe oraz badania przeprowadzone przez nasz zespół badawczy we współpracy m.in. z Harvard University oraz Medical University of South Carolina wykazały, iż choroby te charakteryzują się wspólnym mechanizmem inicjacji procesu chorobowego, który polega na aktywacji stresu retikulum endoplazmatycznego, a następnie inicjacji kaskady sygnałowej szlaku adaptacyjnej odpowiedzi na stres zależnego od kinazy PERK. Pomimo licznych badań prowadzonych w ośrodkach naukowych na całym świecie medycyna obecnie nie dysponuje skuteczną metodą leczenia jaskry pierwotnej otwartego kąta. W związku z powyższym tak duży nacisk kładzie się na wczesne postawienie właściwej diagnozy, jeszcze w okresie bezobjawowym, i zapobieganie tym samym uszkodzeniu nerwu wzrokowego. Biorąc pod uwagę wieloczynnikowy charakter choroby tak wczesna diagnoza musiałaby łączyć doskonale opracowane elementy badań klasycznych z dziedziny okulistyki wraz z najnowszymi osiągnięciami biologii molekularnej. Obecnie podstawowy sposób leczenia jaskry stanowi zmniejszenie ciśnienia wewnątrzgałkowego, które ma na celu zahamowanie procesu uszkodzenia nerwu wzrokowego przez poprawę dopływu krwi i lepsze odżywienie jego komórek. Na rynku farmaceutycznym istnieje kilka grup leków obniżających ciśnienie wewnątrzgałkowe, jednak ich działanie sprowadza się wyłącznie do łagodzenia skutków uprzednio zainicjowanego procesu chorobowego. Obecne podejście do leczenia jaskry nie bierze pod uwagę procesów molekularnych występujących w tkance oka. Najnowsze badania naukowe dowodzą, iż u podłoża jaskry decydującą rolę odgrywa wspomniany stres retikumum endolpazmatycznego oraz aktywacja szlaku sygnałowego zależnego od kinazy PERK prowadząca do śmierci komórek nerwu wzrokowego, a w efekcie do ubytków w polu widzenia. Zatem zastosowanie niskocząsteczkowych inhibitorów kinazy PERK może stać się innowacją, punktem zwrotnym w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, w tym jaskry pierwotnej otwartego kąta.

ISTOTA WYNALAZKU

Pomimo licznych badań naukowych prowadzonych na całym świecie dotychczas nie udało się opracować skutecznej terapii stosowanej w zakresie leczenia chorób neurodegeneracyjnych, w tym jaskry pierwotnej otwartego kąta. Obecnie stosowane leczenie ma jedynie charakter objawowy polegający wyłącznie na łagodzeniu skutków choroby, natomiast w żaden sposób nie likwiduje przyczyn procesu chorobowego. Dokładne poznanie mechanizmów warunkujących inicjację procesu chorobowego oraz progresję jaskry pierwotnej otwartego kąta stanowi ogromne wyzwanie dla współczesnej nauki i medycyny. Pomimo zaawansowanych badań wiele z nich nie zostało dotychczas dokładnie scharakteryzowanych. Kompleksowa charakterystyka zmian na podłożu molekularnym towarzyszących jaskrze, która została przeprowadzona przez nasz zespół badawczy, może odegrać kluczową rolę w opracowaniu innowacyjnej strategii terapeutycznej, która będzie opierała się na inhibicji procesu neurodegeneracji komórek nerwu wzrokowego już na poziomie molekularnym. Niskocząsteczkowy inhibitor charakteryzujący się wysoką selektywnością względem kinazy PERK wyselekcjonowano na podstawie dokowania komputerowego, z bazy związków zawartych w bibliotece The Laboratory for Drug Discovery in Neurodegeneration, 80 000 potencjalnych inhibitorów kinazy PERK. Następnie za pomocą zaawansowanych metod badawczych, takich jak test time-resolved fluorescence energy transfer oraz radiomeryczny test kinazowy, wyłoniono 3-y inhibitory kinazy PERK o największych właściwościach inhibicyjnych, które zostały włączone do dalszych badań eksperymentalnych. Następnie w toku badań w komórkowym modelu in vitro wyłoniono związek nietoksyczny, o największej specyficzności w stosunku do kinazy PERK. Aktywność wyselekcjonowanego inhibitora PERK została także potwierdzona w modelu in vitro z zastosowaniem komórek mysich embrionalnych fibroblastów typu dzikiego MEFs+/+ oraz z delecją genu PERK MEFs-/-. Ta unikalna linia komórkowa, w której jesteśmy posiadaniu, została wyprowadzona we współpracy z Medical Uniwersity of South Carolina. Ponadto w wyniku traktowania komórek ludzkich astrocytów (HAr) oraz ludzkich komórek sieci beleczkowania (HTMC) wykazano, iż wyselekcjonowany inhibitor kinazy PERK promuje pro-adaptacyjną gałąź szlaku adaptacyjnej odpowiedzi na stres, tym samym hamując aktywację gałęzi pro-apoptotycznej prowadzącą do śmierci komórek. Inhibitor nie był także względem nich cytotoksyczny oraz nie stwierdzono indukcji apoptotycznej śmierci komórek, jak również wpływu badanego inhibitora PERK na progresję ich cyklu komórkowego. Tak obiecujące wyniki dały nam podstawę do rozpoczęcia kolejnego etapu badań obejmującego eksperymenty w modelu in vivo na zwierzętach laboratoryjnych, które obecnie znajdują się w trakcie realizacji. Dotychczasowy sukces zespołu badawczego stanowi stworzenie myszy szczepu CrePERKloxP/loxP, u których istnieje możliwość wyłączenia genu PERK po podaniu tamoksifenu. Wzrost ciśnienia wewnątrzgałkowego jest wywołany u myszy za pomocą deksametazonu z grupy glukokortykoidów, który stanowi powszechnie stosowany model wywołania wzrostu ciśnienia wewnątrzgałkowego u zwierząt doświadczalnych. Uprzednio wyselekcjonowany, w toku badań w modelu in vitro, niskocząsteczkowy inhibitor kinazy PERK testowany jest pod kątem jego zdolności do redukcji zmian jaskrowych i apoptozy komórek w tkankach oka w mysim modelu jaskry. Prowadzone badania obejmują również oznaczenie profilu cytokinowego krwi oraz określenie toksyczności ogólnoustrojowej badanego związku.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wyselekcjonowany przez zespół badawczy niskocząsteczkowy inhibitor kinazy PERK ma stanowić odpowiedź na problemy starzejących się społeczeństw, w których choroby neurodegeneracyjne diagnozowane są z coraz większą częstością. Choroby neurodegeneracyjne, należące do grupy chorób cywilizacyjnych, są w dużej mierze skorelowane ze współczesnym trybem życia społeczeństw oraz ze starzeniem się ludzkiej populacji. Choroby neurodegeneracyjne, stanowiące ogromne wyzwanie dla współczesnej nauki i medycyny, należą do grupy chorób postępujących. Obecnie zaburzenia o podłożu neurodegeneracyjnym mogą być leczone, ale nie są one wyleczalne. Aktualnie nie jest znane leczenie przyczynowe tych schorzeń, ani takie, które zatrzymałoby całkowicie dalszy ich rozwój. Obecnie stosowane strategie leczenia chorób neurodegeneracyjnych sprowadzają się jedynie do stosowania leków mających na celu złagodzenie objawów choroby. Jaskra, należąca do grupy chorób neurodegeneracyjnych, stanowi jedną z najczęstszych przyczyn utraty wzroku na świecie. Jak wynika z raportów badań przeprowadzonych w latach 1990-2020 cierpi na nią około 70 mln ludzi na świecie, z czego 6 mln całkowicie utraciło wzrok z jej powodu. Według Światowej Organizacji Zdrowia, w krajach rozwiniętych schorzenie to jest drugą przyczyną ślepoty. W Polsce problem dotyczy około 800 tys. osób. Niestety dalsze prognozy nie są optymistyczne, a liczba ta nieustannie wzrasta, co związane jest przede wszystkim z wydłużeniem długości życia ludzi. Najczęstszą postać choroby stanowi jaskra pierwotna otwartego kąta. Szacuje się, iż występuje ona u co setnej osoby po 40. roku życia. Postępuje powoli, często przez wiele lat nie dając żadnych niepokojących objawów. W chorobie tej ostrość wzroku pozostaje przez długi czas niezmieniona, a narastające stopniowo ciśnienie wewnątrzgałkowe nie daje żadnych odczuwalnych dla pacjenta objawów. Z chorobą także związana jest utrata pola widzenia, zależna od zaniku włókien siatkówkowych, natomiast dopiero 50% utraty włókien nerwowych siatkówki skutkuje dostrzeganym przez pacjenta mroczkiem, czyli ubytkiem w polu widzenia. W związku z obecnym brakiem skutecznego leczenia jaskry pierwotnej otwartego kąta zastosowanie leczenia opartego na inhibicji zależnego od kinazy PERK szlaku adaptacyjnej odpowiedzi na stres może stanowić innowacyjną strategię leczenia tej postępującej choroby oczu. Aktualnie skala problemu jest potężna, ze względu na wciąż wzrastającą liczbę diagnozowanych przypadków w bardzo zaawansowanym stadium choroby, a zatem skala odbiorców leku również byłaby znacząca. Wdrożenie leku, działającego już na poziomie molekularnym, ma szansę stać się punktem zwrotnym w dziedzinie współczesnej okulistyki leczenia jaskry pierwotnej otwartego kąta.