Mimiki pasożytnicze jako nowa klasa bioaktywnych molekuł: potencjał terapeutyczny w leczeniu chorób autoimmunologicznych i alergicznych

Wprowadzenie

Dynamiczny rozwój biologii molekularnej oraz immunologii w ostatnich dekadach pozwolił na lepsze zrozumienie mechanizmów regulujących układ odpornościowy człowieka. Współczesne badania ujawniają ogromny potencjał naturalnych molekuł, w tym białek pasożytniczych, które w sposób unikalny modulują odpowiedź immunologiczną żywiciela. Białka te, będące produktami pasożytów wykazują znaczące właściwości terapeutyczne, potencjalnie otwierając nowe możliwości leczenia chorób autoimmunologicznych i alergicznych, będących plagą XXI wieku.

Pasożyty jako mistrzowie immunomodulacji

Pasożyty, takie jak nicienie, tasiemce czy przywry, od milionów lat współewoluują z organizmami swoich żywicieli, opracowując szereg skomplikowanych strategii umożliwiających im przetrwanie. To właśnie te długotrwałe interakcje przyczyniły się do wykształcenia niezwykle precyzyjnych mechanizmów modulujących odpowiedź immunologiczną. Współczesna biologia molekularna ujawnia coraz więcej tajemnic związanych ze strategią immunomodulującą pasożytów, otwierając perspektywy wykorzystania białek pasożytniczych w medycynie.

Pasożyty, aby uniknąć rozpoznania przez układ odpornościowy i w konsekwencji usunięcia z organizmu żywiciela, stosują różnorodne strategie modyfikujące odpowiedź odpornościową. Jednym z mechanizmów jest produkcja białek immunomodulujących. Wśród tych białek na szczególną uwagę zasługują tzw. mimiki, które naśladują białka żywiciela związane z regulacją reakcji zapalnej. Efektywność biologiczna i terapeutyczna białek zależy od siły ich wiązania do targetów molekularnych. Mimiki skutecznie konkurują z naśladowanymi białkami, co prowadzi do zniesienia oddziaływania czynnika żywicielskiego i zmianę aktywności komórki. Mimiki mogą także naśladować czynniki żywicielskie o działaniu immunosupresyjnym, „wzmacniając” mechanizmy żywiciela zaangażowane w hamowanie reakcji zapalanej.

Nicienie jelitowe są szczególnie znane ze swojej zdolności do modyfikowania lokalnej odpowiedzi zapalnej w jelitach. Białka immunomodulujące przez nie produkowane nie tylko pozwalają na pozostanie w organizmie żywiciela nierozpoznanym, ale wpływają na skład mikroflory jelitowej żywiciela, co ma długofalowy wpływ na kondycję układu odpornościowego. Przykładem są nicienie jelitowe Heligmosomoides polygyrus i Trichuris muris, które istotnie zwiększają liczebność Gram-dodatnich bakterii z rodziny Lactobacillaceae u myszy.

Mechanizmy działania mimików

Odkrycie cząsteczek immunomodulujących u nicieni nie jest zaskoczeniem. Wiele patogenów, w tym wirusy i bakterie oraz pasożytów wykazuje zdolność do skutecznego tłumienia odpowiedzi immunologicznej. Zaskakujący natomiast jest sposób, w jaki czynią to mimiki nicieni. Pomimo iż wiele mimików pozostaje zapewne jeszcze nieodkrytych, a pełne poznanie mechanizmów ich działania wymaga dalszych badań, już wiemy, że wykazują one złożone, nieoczywiste i wysoce intrygujące właściwości biologiczne.

Mimiki nicieni jelitowych charakteryzuje strukturalne i funkcjonalne podobieństwo do endogennych ligandów. Dzięki konserwatywnym motywom sekwencyjnym i odpowiedniej konformacji przestrzennej mimiki są zdolne do wiązania się z receptorami komórek żywiciela i modulowania szlaków sygnalizacyjnych w sposób sprzyjający homeostazie komórki. Stanowią zatem wysoce wyspecjalizowane „narzędzia”, które na drodze ewolucyjnej optymalizacji uzyskały zdolność do selektywnej i plejotropowej modulacji odpowiedzią immunologiczną.

Selektywność mimików polega na ich zdolności do precyzyjnego wiązania się z wybranymi receptorami na komórce i/lub czynnikami zaangażowanymi w regulację reakcji zapalnej. Plejotropowość natomiast wynika z ich zdolności do jednoczesnego wpływu na różne typy komórek układu odpornościowego i wiele szlaków sygnałowych, co umożliwia skuteczną, wielopoziomową modulację odpowiedzi odpornościowej żywiciela. Takie oddziaływanie prowadzi do efektów synergistycznych, a tym samym wysoce skutecznego ograniczenia reakcji zapalnej. Co więcej, nasze badania wskazują, że skojarzone zastosowanie mimików może przekładać się na ich efektywność terapeutyczną – imitując efekt działania wielu różnych interwencji /leków i nie powodując toksycznych działań niepożądanych. Mimiki, w toku koewolucji z organizmem żywiciela, wykształciły zdolność do wywierania optymalnych efektów biologicznych przy jednoczesnej minimalizacji toksyczności.

Zastosowanie terapeutyczne: zwierzęce modele chorób

Modele przedkliniczne stanowią kluczowe narzędzie w badaniach nad potencjalnym zastosowaniem białek pochodzenia pasożytniczego w terapii różnych schorzeń. Nasze badania nad mimikami obejmowały trzy główne modele: mysi model choroby Leśniowskiego-Crohna, mysi model wrzodziejącego zapalania jelita grubego (colitis ulcerosa) i mysi model stwardnienia rozsianego. Zwierzęta z zaindukowanym stanem zapalnym jelit wykazały znaczne zahamowanie objawów choroby (biegunka, utrata masy ciała) po zastosowaniu jednego z białek już od 3 dnia terapii. Obserwowaliśmy także znaczne obniżenie markerów stanu zapalnego i przywrócenie integralności bariery jelitowej u tych zwierząt. Z kolei inny mimik wykazuje potencjał w hamowaniu objawów paraliżu u zwierząt z zaindukowanym autoimmunizacyjnym zapaleniem mózgu i rdzenia kręgowego. Wszystkie zastosowane modele przedkliniczne wykazały skuteczność terapeutyczną tych białek i potwierdziły ich wysokie bezpieczeństwo stosowania nawet w wysokich dawkach, co wcześniej obserwowaliśmy w eksperymentach in vitro.

Procesy otrzymywania i oczyszczania białek

Aby zastosować białka pasożytnicze w terapii, kluczowy etap stanowi otrzymanie białek rekombinowanych o określonej strukturze i czystości. W ramach przeprowadzonych dotychczas prac opracowaliśmy protokoły klonowania i nadekspresji białek z wykorzystaniem prokariotycznych systemów ekspresyjnych opartych na Escherichia coli. Po izolacji i oczyszczeniu metodami chromatograficznymi białka zostały poddane analizie czystości z wykorzystaniem metod SDS-PAGE i spektrometrii masowej oraz testom na obecność endotoksyn. Badania in vitro wykazały pożądaną aktywność biologiczną otrzymanych mimików. Potencjał wdrożeniowy w przemyśle farmaceutycznym

Z perspektywy przemysłu farmaceutycznego mimiki stanowią wyjątkową grupę kandydatów na leki biologiczne nowej generacji. Zarówno ich mechanizm działania, jak i profil bezpieczeństwa sprawiają, że mają one potencjał do zrewolucjonizowania leczenia wielu chorób o podłożu zapalnym, szczególnie tych, które wciąż stanowią wyzwanie medyczne.

Innowacyjne formulacje farmaceutyczne

Przemysł farmaceutyczny może wykorzystać białka pasożytnicze w innowacyjnych formulacjach terapeutycznych. Przykładem są leki biologiczne podawane drogą podskórną lub doustną, które mogą być oparte na białkach pasożytniczych. Ze względu na swoje naturalne środowisko działania, mimiki nicieni jelitowych są doskonałymi kandydatami do badań nad doustną terapią biologiczną chorób zapalnych jelit, bez ryzyka wywołania ogólnoustrojowych efektów ubocznych.

Ponadto, rozwój technologii nanonośników może pozwolić na precyzyjne dostarczanie innych mimików do określonych tkanek, co znacznie zwiększy skuteczność leczenia, a także zmniejszy ryzyko działań niepożądanych. Takie innowacyjne podejścia mogą również prowadzić do znacznego zmniejszenia dawki stosowanego leku, co potencjalnie zmniejszy koszty terapii.

Białka pasożytnicze w terapii wspomagającej

Białka pasożytnicze mogą być również rozważane jako element terapii wspomagającej leczenie klasycznymi lekami przeciwzapalnymi. Ich działanie może wzmocnić efektywność innych terapii, jednocześnie zmniejszając ryzyko działań niepożądanych. Przykładem mogą być terapie skojarzone w leczeniu chorób zapalnych, takich jak choroba Leśniowskiego-Crohna, gdzie stosowanie białek pasożytniczych może wspierać regulację odpowiedzi immunologicznej, zmniejszając jednocześnie potrzebę stosowania leków immunosupresyjnych.

Wyzwania i przyszłość terapii białkami pasożytniczymi

Choć białka pasożytnicze wykazują ogromny potencjał terapeutyczny, ich zastosowanie w praktyce medycznej wiąże się z pewnymi wyzwaniami, które muszą zostać pokonane, aby mogły być one szeroko wykorzystywane w leczeniu chorób autoimmunologicznych i alergicznych.

Jednym z głównych wyzwań związanych z wykorzystaniem białek pasożytniczych jest ich produkcja na skalę przemysłową. Dlatego opracowanie efektywnej metodyki umożliwiającej produkcję natywnych, aktywnych biologicznie białek rekombinowanych w systemach bakteryjnych lub systemach eukariotycznych, jest kluczowe.

Bezpieczeństwo i stabilność białek stanowią kolejne istotne wyzwania. Białka rekombinowane o potencjale immunomodulacyjnym wymagają stosowania szeregu metod chromatograficznych i analitycznych, których celem jest oczyszczenie produktu z dimerów czy oligomerów tych białek i ich odpowiednia stabilna formulacja. Dlatego końcowy produkt musi zostać poddany wielomiesięcznym badaniom stabilności w różnych warunkach przechowywania. W końcu produkt musi spełniać wymagania rejestracyjne dla leków biologicznych, co pozwoli na pełną walidację procesu produkcyjnego zgodnie z wytycznymi Europejskiej Agencji Leków (EMA). Walidacja ta potwierdzi, że proces wytwarzania jest stabilny.

Podsumowanie i perspektywy

Białka pasożytnicze jako naturalne immunomodulatory oferują nową perspektywę w leczeniu chorób o podłożu zapalnym. Mimiki to białka immunomodulujące o wyjątkowych właściwościach, które obiecują możliwość rozwoju terapii opartej o zupełnie inny, nowy i naturalny mechanizm działania. Badania przeprowadzone przez nasz zespół potwierdzają ich skuteczność w redukcji odpowiedzi zapalnej in vitro i in vivo.

Z punktu widzenia przemysłu farmaceutycznego, białka te stanowią obiecującą grupę kandydatów na leki biologiczne nowej generacji. Dzięki naturalnemu pochodzeniu mogą stać się fundamentem terapii przyszłości o zminimalizowanym ryzyku działań niepożądanych- zgodnie z zasadami ewolucji, która nie faworyzuje toksyczności.

Zobacz również: Sztuczna inteligencja wspiera ocenę działań niepożądanych leków

Przejdź do artykułu