Merre tart a rákkutatás? - A terápiás szerek fejlesztésének fél évszázada

Az úgynevezett rosszindulatú daganat (malignus tumor) kifejlődése az adott sejtek normális működésében bekövetkezett változásokkal függ össze. A jelenséget a normális esetben a helyes sejtosztódáshoz szükséges ún. onkogének mutációja, vagy a tumorszuppresszor ("daganatelnyomó") gének inaktivációja okozhatja. A sejtek szokványos anyagcseréje megváltozik, osztódásuk felgyorsul, s függetlenné válik - a normálisan azt befolyásoló - különféle serkentő és gátló faktorok jelenlététől. Az apoptózis, vagy más néven programozott sejthalál (ez a mechanizmus gondoskodik többek között a hibás működésű sejtek autolíziséről, önlebontási folyamatáról) gyakorisága lecsökken, halhatatlanság (immortalizáció) és sejtburjánzás következik be, majd a felszíntől elzáródott sejtek érképződést (angiogenezist) indukálnak. Lassan megjelenik az adott daganatra jellemző szövetszerű struktúra. Ebből a kötelékből aztán néhány sejt kiválik, s a véráram útján szétterjedve a testben áttéteket, metasztázisokat képez. Így válik a helyi elváltozás szisztémás, az egész szervezetre kiterjedő súlyos megbetegedéssé. Azt itt vázolt folyamatok elvileg mind lehetőséget teremtenek a terápiás beavatkozásra, azaz a tumor megfékezésére.

A terápiás szerek tervezésének egyik legnagyobb problémáját azonban a drogrezisztencia jelensége okozza. A drogrezisztencia fokozatosan fejlődik ki a tumorsejtekben, s a folyamat végére azok tökéletesen érzéketlenné válnak az alkalmazott rákellenes szerekre. Ennek hátterében egyrészt folyamatos mutációk, másrészt az úgynevezett multidrog-pumpák megjelenése áll. A multidrog-pumpák a rákos sejtre káros hatású anyagokat - így a terápiás ágenseket is - a sejten kívülre pumpálják.

A rákkutatás - mint tudományterület - az 1960-as években jelent meg, s akkor még főleg az állati eredetű daganatos megbetegedések tanulmányozására irányult. Az első onkogéneket és tumorszuppresszorokat az 1970-es, '80-as években azonosították, majd a '90-es évektől a molekuláris onkológia vált a terület főszereplőjévé.

A hatóanyagok első generációját sejtmérgek alkották, és még manapság is ezek képezik a legtöbb kezelési eljárás alapját. Ezek DNS-t roncsoló - a genetikai anyag degenerálására irányuló -, illetve sejtosztódást gátló anyagok, s alkalmazásukat a tumorsejtek abnormálisan felgyorsult sokszorozódása indokolja.

Napjainkban a tudósok megkísérelnek olyan célzott terápiás hatóanyagokat előállítani, amelyek molekuláris hatásmechanizmusuk által gátolják a betegség kialakulásának hátterében álló makromolekulákat. Az ily módon létrehozott inhibitorokkal (gátlószerekkel) szemben támasztott legfőbb elvárások, hogy a lehető leghatékonyabban lépjenek fel a rákos transzformáció ellen (annak valamely szintjén), illetve használatuk minél kevesebb káros hatással járjon az épen maradt szövetekre.

Molekuláris terápia

Ideális esetben a molekulárisan célzott terápiák hatóanyagai magára a tumorképződést kiváltó onkogénre is gátló hatást fejtenek ki. Így a kutatók nagy energiákat fordítanak a különféle ráktípusokkal összefüggésbe hozható gének azonosítására és működésük leírására. Ezeket a géneket nagy teljesítményű szintetikus módszerekkel (például genom-újraszekvenálással) keresik, s eddig több mint háromszázötvenet katalogizáltak belőlük.

A rákellenes, célzott terápiás ágens kidolgozásának menete időigényes, ciklikus folyamat. Az iránymutató hipotézisek alapján először megalkotják az úgynevezett vezérmolekulát (lead). Ez adja a gyógyszer "lelkét". A vezérmolekulát ezután különféle biológiai rendszerekben tesztelik, majd az eredmény függvényében újabb hipotéziseket állítanak fel. Ekkor ismét elkezdődnek a tesztek, azonban immár egy finomabb, pontosabb hatásmechanizmussal működő leaddel. A ciklus addig ismétlődik, amíg az eredmények meg nem erősítik a humán alkalmazás lehetőségét. Ekkor indulnak útjukra a klinikai vizsgálatok, amelyek befejeztével esély nyílhat egy valóban hatékony gyógyszer megjelenésére.

A vezérmolekula-alkotás a gyógyszer kifejlesztésének egyik legnehezebb lépése. A lead szerkezetének kialakítása kémiai szintézissel történik. Ennek alapját képezheti például a célzott, szervezetben megjelenő ágens saját ligandumának (a makromolekulák aktív helyéhez kötődő kismolekulának) a szerkezete, de mintaként szolgálhat hozzá már létező hatóanyagok felépítése is. Ugyancsak fellelhető a keresett struktúra molekulakönyvtárak "szűrésével" (= screenelés; lehet nagy áteresztő képességű, illetőleg fókuszált), vagy megtervezhető a kutatás során kapott szerkezetbiológiai információk felhasználásával.

A vezérmolekula kialakítása után meg kell bizonyosodni arról, hogy az valóban hatékonyan képes-e követni a célpontot. Közvetlen felhasználásukat a célpont izolálásához a kémiailag reaktív (kovalensen kötődő) gátlószerek (inhibitorok; például a mellráksejt-szaporodás inhibitorai) tervezése teszi lehetővé. Ám ha a gátlószer nem kovalensen (azaz gyengén) kötődik a célponthoz, további vizsgálatokra van szükség.

A szerkezetbiológiai információ fontossága

Szép példa a fehérje inhibitorok kötődésének összetettségére a kináz inhibitorok működése, amelyet a tudósoknak szerkezetbiológiai információk alapján sikerült feltárniuk. A kinázok (azok az enzimek, amelyek a foszforil-csoport átvitelét végzik az ATP-ről egy másik molekulára, s ezzel vagy aktiválják, vagy deaktiválják azt) a legtöbb szignáltranszdukciós folyamat (hírvivő molekulák hatásának közvetítése) kulcsszereplői, így fontos célpontjai a rákellenes terápiás szereknek is (lásd a sejtciklus felgyorsulásában betöltött funkciójukat).

A kinázok működése kofaktorok kötésén keresztül valósul meg. (A kofaktorok nélkülözhetetlenek az enzimaktivitáshoz - a reakció lejátszódása alatt az enzimhez kötődnek; lehetnek fémionok vagy szerves molekulák.) ATP-kötőzsebük (aktív centrum; ide köt az ATP az enzimreakció során) genetikailag erősen konzervált, a benne található aminosavak hidrogénkötésekkel (gyenge kötések) rögzítik az ATP adenozil-, ribóz- és foszfát-komponenseit. A kötőzsebbel szomszédos területek - ahová a kofaktorok sem képesek kapcsolódni - már nagyon változatosak lehetnek az egyes kinázok között.

A kináz inhibitorok kötése kétféleképpen valósulhat meg: vagy versengenek az aktivált enzim kötőhelyéért az ATP-vel (Tarceva és Iressa), vagy az inaktív formához rögzülve stabilizálják annak szerkezetét (Gleevec, Nexavar és Tykerb/lapatinib).

Az aktivált kinázok háromdimenziós szerkezete sokkal konzerváltabb, mint az inaktívaké, így előbbi célzása jóval nagyobb szelektivitást biztosíthat. Ez a hatékonyság növelését, s az egészséges szövetek károsodásának csökkentését szolgálhatná. Gond lehet azonban a rezisztenciafejlesztés szempontjából: az inhibitorkötés ez esetben a kináz enzim olyan pontjain valósulhat meg, amely nem vesz részt az ATP-kötésben, vagyis az ezeket a régiókat érintő mutáció a kináz funkcióra - nagy valószínűséggel - nincs hatással, ám következtében gátlódhat az inhibitorkötés (pl.: Iressa-rezisztens EGFR kináz). A szóban forgó területeket érintő, mesterségesen kiváltott mutációkkal a jövőben talán sikerül a tudósoknak kijátszaniuk ezt a problémát.

Hasonló gondolatmenet vezetett az anilinokinazolin CI-1033 kifejlesztéséig, amely kovalensen (azaz irreverzibilisen) köt bizonyos kinázok aktív centrumához. Ezzel ugyan csak korlátozott számú enzim gátlására képes, de azt nagy hatékonysággal és nagyfokú szelektivitással végzi.

A vezérmolekula optimálása

Visszatérve a vezérmolekula szerkezetéhez, az is fontos, hogy szintetikusan kezelhető végeredmény szülessen (minél könnyebb legyen előállítani). Ehhez a vezérmolekula optimálása során egyedi molekulák előállítására alkalmas, kombinatorikus elven működő párhuzamos szintézisekkel olyan könyvtárat hoznak létre, amely a vezérmolekula eredeti funkcióját megtartó, ám szerkezetileg diverz változatokat tartalmaz - százas, vagy akár ezres nagyságrendben. Majd meg kell vizsgálni a kapott analógok szelektivitását a célzott makromolekula irányában, mert ez fogja a későbbiekben meghatározni magát a biológiai funkciót. Ezt általában in vitro (élő szervezeten kívül) biológiai rendszerekben végzik, különféle biokémiai és sejttani eljárások kombinálásával.

A célzott molekuláris terápiás szerek alkalmazását hosszú távra tervezik, így a kutatók a tabletta formájában történő adagolás megoldására törekszenek. Emiatt az optimálás alatt fokozottan figyelik a vezérmolekula abszorpciós képességét, anyagcserére gyakorolt hatását, ürülését, valamint az ép sejtekre kifejtett toxicitását. Ezen túlmenően a biológiai hasznosíthatóság nagyban függ két, látszólag ellentmondó tényezőtől: a vízoldékonyságtól (az élő sejtek víztartalma miatt) és a lipidmembrán-permeabilitástól (a sejthártyán történő átjutástól), amelyeknek minden hatékony gyógyszer esetében egyensúlyban kell lenniük. Az in vitro modellek sikerétől függően (a hatásmechanizmust biomarkerek segítségével követik) veszi kezdetét az in vivo (élő szervezeteken belüli), állatokon végzett kísérletsorozat, amelyek végén következhet az emberi kipróbálás, illetve a klinikai alkalmazás. Az optimálás célja tehát egy olyan ágens kifejlesztése, amely már a klinikai tesztek megkezdése előtt jó eséllyel indul a betegség elleni küzdelemben.

Legyőzni a rákot

A közelmúltban leginkább a sejtosztódásban és angiogenezisben részt vevő célpontok kerültek a terápiás készítmények kifejlesztésének középpontjába, manapság az apoptózis-indukáló szerek alkalmazását próbálják bevezetni a klinikai gyakorlatba. A jövőben - a tudósok szerint - a telomeráz (a DNS életidejét befolyásoló enzim) gátlóké lehet a főszerep, illetve meghatározóvá válhatnak az úgynevezett multitargeted inhibiciós eljárások is, amelyek során célzott ágensek kombinációja ellen terveznek gátlómolekulákat, vagy olyan gátlószert dolgoznak ki, ami egyszerre több célpontot is hatástalaníthat (például többféle kinázok egyidejű gátlása).

Adott tehát a molekuláris terápiák lehetséges célpontjainak széles skálája, ám legtöbbjük - kilencvenöt százalékuk - felhasználása egyelőre technikailag megvalósíthatatlan (foszfatázok, a legtöbb fehérje-fehérje kölcsönhatás), vagyis a végső siker eléréséig a kutatóknak számos hiányosságot kell még orvosolniuk. Közülük talán a következők a legfontosabbak: az optimálás folyamatának felgyorsítása; a klinikai tapasztalatok integrálása a folyamatban lévő kutatásokkal; az egyelőre kivédhetetlennek tűnő drogrezisztencia leküzdése; az áttétképződés megakadályozása. Mindennek elengedhetetlen feltétele a kutatások során alkalmazott genetikai és biokémiai technológiák hatékonyságának fokozása és a szignáltranszdukciós útvonalak matematikai modellezése. A mélyebb tumorbiológiai ismeretek, valamint a rákgenetika teljes megértése vezet majd el az olyan személyre szabott gyógyszerek előállításáig, amelyekkel az orvostudomány hatékonyan szállhat szembe a rákkal. Biztató hír, hogy a tudósok szerint ez akár már az elkövetkező öt-tíz év folyamán megvalósulhat.

* * *