BIOTECHNOLÓGIA AZ EGÉSZSÉGÜGYBEN A mikrokapszulázott sejt technológia beérett a piaci bevezetésre Tárgyszavak: mikrokapszulázás; sejt; gyógyítás; immobilizálás; cukorbetegség; sebgyógyulás, szövetregenerálás; neurodegeneratív betegség. A mikrokapszulázott sejtek technológiája és annak lehetőségei A mikrokapszulázott sejt technológia nagy lehetőségeket rejteget a gyógyítás terén, hiszen mód nyílik arra, hogy szabályozott módon biológiai hatóanyagokat juttassunk a gazdaszervezetbe. Érthető módon sok biotechnológiai cég erre a területre összpontosította erőfeszítéseit, és ígéretes preklinikai eredmények születtek. A klinikai próbáktól azonban még hosszú az út a piaci bevezetésig, és ennek során sok akadályt kell még leküzdeni, tovább kell fejleszteni a tudományos hátteret, megoldást kell találni az etikai kérdésekre, a kormányzati szabályozásra, valamint meg kell küzdeni az egyéb piaci erőkkel. A mikrokapszulázott sejt technológia (ECT) az elmúlt évtized fejleménye, amely a sejtbiológia és a géntechnológia legújabb eredményeire épít. Az újonnan kialakított sejtvonalak használhatók a mezőgazdaságban, az élelmiszeriparban és különösen a gyógyászatban. Sokféle sejtvonal beágyazható féligáteresztő, biokompatibilis immobilizációs eszközökbe, amelyek szelektíven nyelhetnek el vagy bocsáthatnak ki biológiailag aktív molekulákat. A tápanyagok, oxigén és a bomlástermékek szabadon átáramolhatnak a membránon, míg a nagymolekulájú termékek, pl. az antitestek, immunociták és egyéb immunbiológiai termékek nem. Ez az immungátló tulajdonság két értelemben is védelmet nyújt: elszigeteli a transzplantált (átültetett) szövetet a gazdaszervezet immunrendszerétől, és meg is óvja azt a biológiai veszélyektől. Ez lehetővé teszi, hogy immunszuppresszív gyógyszerek alkalmazása nélkül is átültethessünk szöveteket és terápiás peptideket juttassunk be akár lokális, akár szisztémás módon, különösen olyan esetekben, amikor hosszú távú bejuttatásra van szükség. Az ECT legnyilvánvalóbb alkalmazása a biológiailag aktív molekulák kontrollált és folyamatos bejuttatása a gazdaszervezetbe. A beültetés után a biológiai termékek folyamatosan, de novo (újonnan) képződnének, ezzel biztosítva a terápiás protein állandó, hatékony koncentrációját.
A másik előny az lehetne, hogy a sejtvonalat célzottan, a célterület közelébe lehetne beépíteni. Ezzel a szükséges helyen nőne a hatóanyag koncentrációja, a szisztémás koncentráció viszont csökkenne, ezzel is csökkentve a mellékhatások veszélyét. Próbálkoznak már alginátokkal kapszulázott, endosztatint kiválasztó (amely antiangiogén hatású, belsőleg termelt peptid) sejtvonalak beépítésére glioblasztóma (rosszindulatú daganat) kezelésére. A lokális beépítési stratégia sikeresnek is bizonyult, a tumor növekedése több mint 70%-kal lelassult. Egy másik esetben hasnyálmirigy-rákos betegek 14 fős csoportján végeztek klinikai I/II fázisú vizsgálatokat, amelyben izofamid lokális aktiválását végezték el beültetett, citokróm P450 enzimet expresszáló sejtek segítségével. A túlélés esélye jelentősen javult a kontrollcsoporthoz képest, az egy éven túli túlélés értéke mintegy megháromszorozódott. A kapszulázás növeli a biztonságot is, hiszen csökken a kontrollálatlan sejtszaporodás veszélye, és ha bármi probléma felmerül, az egész kémiai üzem kioperálható a betegből. A génterápiás módszerekkel szemben további előnyt jelent, hogy a kapszulázott sejtek nem módosítják a gazdaszervezet génállományát. A technológia útja a piaci bevezetésig Az elmúlt évtizedben több biotechnológiai cég tett erőfeszítést arra, hogy a kapszulázott sejttechnológiát hormonhiány és neurodegeneratív betegségek gyógyítására alkalmassá tegye. Ezt indokolttá teszi a sejtalapú terápiák becsült piacának nagysága (több milliárd USD/év) és a kapszulázott vagy nem kapszulázott sejtterápiás módszerek bíztató klinikai és preklinikai vizsgálati eredményei. Tekintettel a donorok alacsony számára egy szerv meghibásodása vagy balesetben történő megsérülése, esetleg elvesztése drámai szituációt eredményezhet. Egyedül az USA-ban több mint 57 000 beteg vár transzplantációs műtétre és évente több mint 11 meg is hal donor hiányában. Ez a helyzet várhatóan csak romlani fog, ha csak nem változik valami a szervdonorok területén. A fejlett országokban az átlagéletkor növekedésével szaporodni fognak az időskori betegségek, pl. a retina-problémák, a diabetes, a Parkinson- és az Alzheimer-kór. Az ECT elvben megoldást kínálna ezekre a problémákra, és nagy piacot jelentene a biotechnológiai cégek számára. Az utóbbi évek eredményei különösen jelzik, hogy egyre közelebb van a piaci bevezetés ideje. Inzulinfüggő betegek májába pl. Langerhans sziget sejteket ültetve egy cégnek sikerült stabilizálni a vércukorszintet. Ugyanez a csoport bejelentette, hogy viszonylag gyors inzulinfüggetlenséget sikerült kialakítani olyan betegekben, akikbe megfelelő mennyiségű szövetet ültettek át, és egyidejűleg glikokortikoid-mentes immunszuppressziót alkalmaztak. A szövetkilökődés veszélyét csökkenti, ha a sejteket biokompatibilis polimerbe kapszulázzák. Ennek kipróbálása most folyik önkéntesek részvételével. Az ECT technológia bevezetése számos más betegség gyógyítására (hemofilia, rák, neurodegeneratív rendellenességek, lizoszóma-tárolási betegségek, vizelési problémák stb.) ugyancsak folyamatban van (1. táblázat).
Példák mikrokapszulázott sejteket alkalmazó terápiákra 1. táblázat Betegség Rák Rák Hemofilia HD PD ALS MPS VII Törpenövés Vizeletkiválasztási rendellenesség Cukorbaj Cukorbaj Hatásmechanizmus endosztatint termelő vese 293 sejtek nátrium-alginátban INOS-expresszáló vese 293 sejtek alginát-pll kapszulákban immobilizálva humán IX faktort expresszáló C2C12 sejtek alginát-pll gyöngyökbe kapszulázva CNTF-termelő BHK-sejtek üreges szálakban immobilizálva GDNF-kiválasztó BHK-sejtek üreges szálakban megkötve CNTF-kiválasztó C2C12 sejtek üreges szálakban megkötve kapszulázott β-glükuronidáz-kiválasztó 2A-50 fibroblaszt növekedési hormont kiválasztó C2C12 sejtek alginát-pll gyöngyökbe kapszulázva alginát-pll kapszulázott ureáz génnel módosított Escherichia coli DH5 Langerhans-szigetek alginát-cs-pmcg gyöngyökben immobilizálva kapszulázott sertés Langerhans-szigetek Rövidítések: ALS: amiotróf laterális szklerózis, CS: cellulóz-szulfát, HD: Huntington-kór, MPS VII: mukopoliszacharidózis VII, PD: Parkinson-kór, PLL: poli-l-lizin, PMGC: poli-metilén-koguanidin. A fenti eredményeken felbátorodva sok cég fektetett be a kapszulázott sejttechnológiába, de figyelembe kell venni, hogy vannak potenciális technológiai versenytársak is. Különösen az utóbbi időben fellendülő őssejtátültetési kísérletek sok biotechnológiai cég számára okoztak csődöt. A területen megmaradó cégek jelenleg két területre koncentrálnak: az egyik a gyógyszertechnológia, a másik a sejtbiológia és a genetika kombinációja. Az első esetben az immobilizációhoz szükséges polimerek tervezése és tökéletesítése a cél, amelyek megfelelő mechanikai tulajdonságokkal, lebonthatósággal, biokompatibilitással és immunkompatibilitással rendelkeznek. A második kutatási irány célja a terápiához megfelelő sejtvonalak kialakítása. Itt többnyire azonos fajhoz tartozó más egyedek, vagy idegen fajok sejtjeit próbálják meg felhasználni az átültetéshez, és ezeket még adott esetben genetikailag is módosítják. Ezzel megváltoztatják a génexpressziót és biztosítják a biológiai hatású vegyületek képződését. Természetesnek tűnik, hogy olyan sejteket használjunk fel, amelyek eredetileg is a kérdéses környezetben élnek. Az egyik nagy cél a mesterséges hasnyálmirigy kialakítása a cukorbetegség gyógyítására, amelyben jelenleg világszerte mintegy 150 millióan szenvednek, és kezelésük pl. az USA-ban személyenként évente több mint 20 000 USD-be kerül. Annak ellenére, hogy sokan dolgoznak a megoldáson, és csak az USA-ban több mint 200 millió USD-t költöttek a fejlesztésre, még nincs működőképes termék a piacon. Van cég, amelyik tisztított alginátot használ kap-
szulázásra, mások fotopolimerizálható és jól kontrollálható áteresztőképességű polietilénglikolt, megint mások üreges szálakat használnak az implantált sejtek és a gazdaszervezet immunrendszerének elkülönítésére. Nemrégiben bemutattak egy új bioreaktort is a diabetes kezelésére, amelyben az inzulint elválasztó sejtek egy szervezetbe beültethető biokapszulába vannak zárva, és a molekulatömeg-szelektív anyagtranszportot gondosan megtervezett féligáteresztő szilikonmembrán biztosítja. A vérből a glükóz minden további nélkül bejut a bioreaktorba, és inzulintermelésre késztetheti az implantált sejteket. Egy másik kritikus terület a májkárosodás, mert pl. az USA-ban évente több mint 30 000 beteg hal meg májelégtelenség miatt. Így akár időleges megoldások is sokat segíthetnének a rászorulókon. Jelenleg két vonalon is folynak a sejtterápiás kutatások a májkárosodottak kezelésére. Az egyik beültethető sejtvonalakra épít, a másik szervezeten kívüli mesterséges májat alkalmazna. Mindkét esetben olyan bioreaktorokról van szó, amelyek szelektív anyagtranszportot biztosítanak és az in vivo körülményeket szimulálják. Nagy előrelépés történt a sejttenyésztés forrásaként szolgáló sejtek kiválasztásában, a kultúrák stabilizációjában és új konstrukciók kifejlesztésében. Számos biotechnológiai cég vett részt klinikai vizsgálatokban, amelyek célja az volt, hogy felmérjék mesterséges máj használatának biztonságosságát és hatékonyságát. Jelenleg a hatékonyság még nem kielégítő. Az ECT cégek távlati célja azonban nem egyszerűen valamilyen májsegítő bioreaktor, hanem a teljes máj funkcióját átvevő berendezés elkészítése. Ez ugyan még nem a közeljövő lehetősége, de ígéretes kísérletek folynak májszerű szövetekkel, amely az egészséges máj bizonyos funkcióinak átvételére képes. Az ötlet lényege az, hogy rábírják a hajszálereket arra, hogy behálózzanak egy olyan állványzatot, amelybe májsejteket és endoteliális sejteket ültettek. Úgy tűnik, hogy megfelelő körülmények között az egész szövet regenerálódhat. Ugyancsak fontos területe az ECT kutatásnak az idegrendszeri sorvadásos betegségek kezelése, amelyek az idegsejtek tönkremenetele miatt mind a megismerő, mind a mozgató funkciókat komolyan károsítják. Ez történhet lassan az olyan krónikus betegségek esetében, mint a Parkinson-, az Alzheimervagy a Huntington-kór, vagy akut módon, pl. trauma, ill. az agyat, esetleg a gerincvelőt érő szélütés (stroke) esetében. Az NsGene dán cég felfedezett és szabadalmaztatott egy új neurotróf faktort (Neublastin), amelyet gliasejtek tenyészete választ ki, és alkalmas a perifériás idegrendszer bizonyos betegségeinek, pl. a multiplex szklerózisnak a kezelésére, de hosszú távon a központi idegrendszer megbetegedéseinél is van esély az alkalmazására. Egy amerikai cég (Titan Pharmaceuticals) Spheramine néven fejlesztett ki zselatin mikrokapszulázott dopamintermelő sejttenyészetet, amely 12 hónapos klinikai I. és II. fázisú vizsgálat során 50%-os javulást hozott előrehaladott Parkinson-kóros betegek motoros funkcióiban. A mikrokapszulázás itt is kivédi a szervezet immunválaszát és segíti a sejttenyészet fennmaradását. Egyéb, ECT technológiára épülő gyógyászati próbálkozásokat mutat a 2. táblázat.
A kapszulázott sejttechnológiát (ECT) fejlesztő cégek 2. táblázat Cég Kutatási terület A termék leírása Organogenesis (Cnaton, MA, bőrpótlás Apligraf: élő, kétrétegű bőrpótló vénás és diabetikus eredetű lábfekélyekre LifeCell (Branchburg, NJ, bőrpótlás Alloderm: különösen alkalmas plasztikai sebészeti célra Advanced Tissue Sciences (La Jolla, CA, bőrpótlás TransCyte: bőrpótló Cell Based delivery, Inc. (Providence, RI, Neurotech SA (Evry, Franciaország) Novocell (Irvine, CA, Islet Technology (St Paul, MN, Islet Sheet Medical (San Francisco, CA, BioHybrid Technologies (Shrewsbury, MA, Titan Pharmaceuticals, Inc. (San Francisco, CA, Nsgene A/S (Koppenhága, Dánia) tumorok és szív/érrendszeri megbetegedések szem és agy Parkinson-kór Parkinson-kór ImPACT: peptidek genetikusan módosított, sejtbázisú termelése tumorok kezelésére, valamint hormonális növekedési problémák, szív/érrendszeri betegségek és izom/csontrendszeri betegségek kezelésére ECT gyógyszerek bejuttatására a szembe és az agyba immobilizált hasnyálmirigy-szigetsejtek erősen tisztított alginát Langerhans-szigetek kapszulázására Langerhans-szigetek mesterséges polimer mátrixban biokompatibilis zselatinszerű anyag Langerhans-szigetek immobilzálására Spheramine: dopamint kiválasztó, pigmentált humán retina epitélium sejtek zselatin mikrohordozón ECT neublastin bejuttatására Parkinson-kóros betegeknek Az akadályok legyőzése A gyors fejlődést és az ECT cégek gazdasági megerősödését számos tényező akadályozza vagy lassíthatja: a nem kielégítő tudományos ismeretek, az etikai megfontolások, a kormányzati szintű jogi szabályozás és a piaci verseny. Az immobilizációs eszközök és anyagok, a felhasznált sejtek és a transzplantációs eszközök vonatkozásában ugyanolyan biztonsági és reprodukálhatósági elvárások vannak, mint a hagyományos terápiás eljárások esetében. Ahhoz, hogy a leadott anyag dózisa kontrollálható legyen, olyan sejteket kell használni, amelyek csak korlátozott mértékben szaporodnak el a mikrokapszulákon belül, különben a tápanyag- és oxigénhiány miatt sejtelhalás követ-
kezik be. A gyártási folyamat léptéknövelése ellenőrzött környezet, gyártási fegyelem és szigorú minőségbiztosítási rendszer kidolgozását teszi szükségessé. Az ECT cégeknek ki kell dolgozni saját szabványaikat, hogy a hatóságok egyáltalán elfogadják őket. A fő veszélyt a xenotranszplantáció klinikai és szélesebb körű kockázatai jelentik. A veszélyek között szerepel bizonyos állati fertőző ágensek (pl. a sertés endogén retrovírus, PERV) emberre való átkerülése, de felmerül az ember által okozott járványok veszélye is. Az eddigi vizsgálatok nem mutatták ki PERV vírusok jelenlétét sertésszövetekkel kezelt emberek esetében, de azóta újabb, érzékenyebb módszereket fejlesztettek ki, így nem zárható ki a kórokozó megjelenése. Sertés hasnyálmirigy szöveteket egerekbe ültetve kimutatták, hogy immunszuppresszió mellett a retrovírusok elszaporodhatnak. Ilyen jellegű kiterjedt szövet-xenotranszplantáció azonban emberek esetében még távolról sem aktuális. Egy Parkinson-kórban szenvedő csoport esetében sertésembriósejteket átültetve emberek esetében nem lehetett PERV fertőzést kimutatni. A bizonytalanságok miatt mindenesetre a xenotranszplantációs klinikai kísérleteket leállították. Az ECT védelmezői azonnal rámutattak, hogy a mikrokapszulázott sejtek alkalmazása egészen más, mint a teljes szövetek vagy sejtek átültetése, éppen a féligáteresztő membrán jelenléte miatt. Az ECT biológiailag biztonságos bejuttatási módszert jelent sok ígéretes sejtvonal esetében. A membránok jelenléte kizárja az antigének diffúzióját, és bármilyen mellékhatás észlelése esetén azonnal lehetővé teszi az idegen sejtek gyors eltávolítását. Ez jelentős előnnyel jár a nem kapszulázott sejtek alkalmazásával vagy az in vivo génterápiával szemben. A donorok sokszoros szűrése a gyártási folyamat során növeli a kapszulázott termékek megbízhatóságát. Ami a PERV fertőzés veszélyét illeti, kiterjedt összehasonlító vizsgálatokat kell végezni kapszulázott és nem kapszulázott sejtekkel kisebb és nagyobb állatokon a permszelektív membránok jelenlétéből származó elméleti előnyök bizonyítására. A xenotranszplantáció minden nehézsége mellett sem szabad azonban elfelejteni, hogy jelenleg ez a legközelebbinek tűnő megoldás sok szervátültetésre váró beteg esetében. További kilátások Minden jel arra mutat, hogy az ECT-nek nagy lehetőségei vannak a gyógyítás területén. A preklinikai és klinikai kísérletek sikerei fokozatosan a szabályozó hatóságokat is meggyőzik arról, hogy érdemes foglalkozni a dologgal. A 2002-es Amerikai Gyógyszerkönyv már felvette a sejtes gyógyászati termékeket mint új gyógyszerformát a lehetséges indikációs területekkel együtt (3. táblázat). Arra is utalnak, hogy ezek az újfajta termékek természetes és szintetikus biológiai anyagokkal együtt szabályozott hatóanyag-kibocsátású rendszerek alapját képezhetik. A jövőben nagy szükség lesz arra, hogy a polimer bioanyagok és gyógyászati rendszerek tervezését, termelését és tisztítását
részletesen kidolgozzák. Valószínű, hogy olyan új eljárások kifejlesztésére is szükség lesz, amelyek elősegítik az átültetett szövetek vaszkularizációját (vérerekkel való benövését). Ebben segíthet az is, ha angiogén (érnövesztő) faktorokat kiválasztó sejteket is kapszulázunk, vagy ha olyan bioanyagokat készítünk, amelyek biológiai behatásra adnak le ilyen hatóanyagokat. A vérellátás biztosítása mellett a kapszulán belüli viszonyokat is javítani kell védőanyagok (pl. vitaminok, antioxidánsok) vagy Sertoli-sejtek alkalmazásával. Ezekről a sejtekről azt írják, hogy számos növekedési faktort bocsátanak ki, pl. inzulinszerű, transzformáló és endoteliális növekedési faktort, valamint olyan immunológiai molekulákat is, amelyek elősegítik az immobilizált sejtek túlélését. Ily módon a kapszulán belüli környezetet többé-kevésbé hasonlóvá lehet tenni ahhoz, amelyben a kapszulázott sejtek általában növekednek. 3. táblázat A 2002-es USA Gyógyszerkönyvben említett kapszulázott sejtterápiás termékek és indikációs területeik Indikáció Fájdalom Cukorbaj Sebgyógyítás Sebgyógyítás Szövetgyógyítás Pontszerű meghibásodás térdporcon Porcszerű szerkezetek Csontgyógyítás Neurodegeneratív betegségek Májkisegítők (átmeneti eszköz az átültetésig vagy gyógyulásig) Termék leírása endorfinokat vagy katekolaminokat kiválasztó sejtek üreges szálban immobilizálva kapszulázott Langerhans β-sejtek, amelyek a glükózszinttől függő módon inzulint választanak ki autológ keratinociták vagy allogén bőr fibroblaszt sejtek biokompatibilis mátrixon autológ keratinociták bőr fibroblaszt rétegen autológ kondrociták autológ/allogén kondrociták biokompatibilis mátrixban mezenchimális őssejtek biokompatibilis mátrixban allogén vagy xenogén idegsejtek allogén vagy xenogén hepatociták egy testen kívüli üreges szálas rendszerben A donorhiány a sérült szervek pótlásában növelni fogja az ECT módszerek szerepét a szokványos terápiás lehetőségek mellett, ill. azok kiegészítéseként. Az állatkísérletek, ill. klinikai kísérletek bíztató eredményei arról tanúskodnak, hogy életképes módszerről van szó. (Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes) Orive, G.; Hernández, R. M.; Gascón, A. R. = Encapsulated cell technology: from research to market. = Trends in Biotechnology, 20. k. 9. sz. 2002. p. 382 387. Dove, A.: Cell-based therapies go live. = Nature Biotechnology, 20. k. 4. sz. 2002. p. 339 343. Petit-Zeman, S.: Regenerative medicine. = Nature Biotechnology, 19.k. 2.sz. 2001. p. 201 206.