A St. Louis-i Washington Egyetem (Minnesota Állam, USA) genetikai kutatóit mélyen lesújtotta a hír, amikor egyik fiatal, tehetséges és nagyrabecsült kollégájukról, Dr. Lukas Wartmanról kiderült, hogy súlyos rákbetegségben szenved, ráadásul a doktor éppen a leukémia kutatásnak szentelte az életét onkológusként és csontvelő transzplantáció specialistaként.
Dr. Wartmannál akut limfoblasztos leukémia (angol rövidítése: ALL) kórképet, az egyik legveszélyesebb rákbetegséget diagnosztizálták. A leukémia az éretlen ill. kóros fehérvérsejtek malignus (rosszindulatú) burjánzása, amelyek a normális sejteket túlnőve infiltrálják (beszűrik) a csontvelőt és később áttétet képezhetnek a májba, a lépbe, a központi idegrendszerbe és a herékbe. Dr. Wartman állapota gyorsan romlott. Semmilyen ismert kezelés nem tudta volna megmenteni az életét. Korábban az olyan ráktípus, mint amilyen az ALL is, komplett genetikai felépítését soha senki nem tanulmányozta még Dr. Wartman esete előtt.
A csontokban a kisgyermekkor végéig csak a vérképzésért felelős vörös csontvelő van jelen, majd 4-5 éves korban kezd megjelenni a sárga csontvelő, más néven a zsírvelő. A korral járó átalakulás azt jelenti, hogy egy kisgyermek vörös csontvelőállománya nagyjából ugyanannyi (1.2-1.6 kg) mint egy felnőtté. A csontvelő állományának kb. 16 %-át teszik ki a limfociták, a fehér vérsejtek (WBC) speciális típusai. A limfocitáknak három altípusa van: a B-, a T- és az NK (természetes ölősejtek) limfociták.
A csontvelőben lévő őssejtek (multipotens hemopoetikus őssejtek) a vérképzés (hematopoezis) révén képesek különböző sejtekké differenciálódni. A limfociták egy közös ősből, a limfoid progenitor sejtekből (nyirokszerű őssejtek) származnak. A progenitor sejtek az érési folyamatban először limfoblasztokká (nyirok/limfocita-képző sejtek), majd pro-limfocitákká (elő-limfocita sejtek) válnak. A limfocitákká érési folyamatot limfopoezisnek nevezzük.
A T-sejtek a csontvelőben képződnek, de a csecsemőmirigybe (thymus) vándorolnak és ott kb. egy hét alatt érnek meg. Az érett T-limfociták kb. 2-4 %-a marad életben, a maradék 96-98 % apoptózison (programozott sejthalál) megy keresztül és a csecsemőmirigy makrofágjai falják fel őket. A B-limfociták a csontvelőben (és a lépben) képződnek és érnek meg, majd az érést követően a nyirokcsomókba és egyéb perifériás nyirokszövetekbe vándorolnak. Az NK-sejtek szintén a csontvelőben fejlődnek és érnek meg. Az érést követően a teljes élettartamuk alatt a vérben cirkulálnak. A leukémiás sejtpopulációt valószínűleg egyetlen kóros őssejt vagy progenitor sejt klonális proliferációja hozza létre. Az akut leukémiás blasztsejtek nem képesek a normális differenciálódásra, de osztódásra igen.
Az Egyetem Genom Intézetének a társigazgatója, Dr. Timothy Ley egy nap összehívta a kutatói teamjét. „Miért nem dobunk ki mindent, amit eddig találtunk a kutatásaink során azért, hátha megtaláljuk azt a gazember gént, amely Dr. Wartman rákjának a progresszióját, a felnőttkori akut limfoblasztos leukémiát hajtja?” – tette fel a kérdést munkatársainak Dr. Ley, majd hozzátette: „Most vagy soha. Mindössze egy esélyünk van.”
Dr. Ley teamje megpróbálkozott egy olyan elemzéstípussal, amelyet korábban még senki nem végzett. Összehasonlítás céljából mind Dr. Wartman rákos sejtjeinek, mind az egészséges sejtjeinek a teljes génszekvenálását elvégezték és egyidejűleg elemezték az RNS-ét is – amely a DNS közeli rokona -, keresve annak nyitját, hogy mit is csinálnak a doktor génjei. A projekten dolgozó kutatók heteken át minden más munkát félretettek és az Egyetem 26 génszekvenáló berendezéséből és szuper számítógépeiből egyet éjjel-nappal működtettek. Végül találtak egy „bűnöst” – egy normál gént, amely hiperaktívan működött és így hatalmas mennyiségű fehérjét szintetizált, amely láthatóan meggyorsította a rákos daganat növekedését.
További jó hír volt, hogy a 2006-ban az FDA (az amerikai Élelmiszer és Gyógyszer Felügyelet) által más előrehaladott rákbetegség kezelésére jóváhagyott sunitinib hatóanyagú, Sutent márkanéven forgalmazott Pfizer gyógyszer ígéretesnek mutatkozott a rosszul funkcionáló gén kiiktatásában is. Dr. Wartman volt az első beteg, aki valaha is kipróbálta ezt a gyógyszert leukémia esetében. Annak ellenére, hogy nem sok esélye volt, tavaly ősz óta a doktor rákja remisszióba (a betegség időlegesen tünetmentes fázisa) jutott.
A sunitinib a multiplex tirozin-kináz receptor megcélzásával gátolja a celluláris (sejti) jelátvitelt. A receptorok a kémiai kommunikáció jelfelismerő fehérjemolekulái, amelyek a sejtek felszínén vagy a sejtmagban találhatók. A jelátvitel kémiai folyamatában a jelátvivő molekula, a ligand hozzákapcsolódik a receptorhoz. A ligand lehet peptid (rövid láncú fehérje) vagy egyéb kis molekula, mint pl. neurotranszmitter, hormon, gyógyszerhatóanyag vagy toxin. Egy tipikus sejten belül számos receptor típus található és mindegyik típus egy specifikus biokémiai jelátviteli úthoz kapcsolódik.
Minden egyes receptor típus csak bizonyos ligand formát ismer fel és ahhoz kötődik. A zár és a kulcs analógiájával élve, a zár a receptor és a kulcs a ligand. Egy specifikus ligand szelektív kötődése a receptorához aktivál vagy gátol egy specifikus biokémiai jelátviteli utat. A ligand kötődése stabilizál egy bizonyos receptor struktúrát (a receptor protein háromdimenziós formája). Ez gyakran a protein aktivitás beindításával vagy megszűnésével jár együtt és szokásos módon elvezet valamilyen fajta celluláris válaszhoz. Egyes ligandok azonban (pl. az antagonisták) csupán blokkolják a receptorokat anélkül, hogy bármilyen választ kiváltanának. A receptorokban a ligand-kiváltotta változások eredményezik azokat a celluláris változásokat, amelyek a ligandok biológiai aktivitását alkotják.
A sunitinib a trombocita eredetű növekedési faktor (PDGF) összes receptorát és a vaszkuláris endotél növekedési faktor (VEGF) receptorokat megcélozza, melyek mind a tumor angiogenezisében (érképződés), mind pedig a tumorsejt proliferációjában szerepet játszanak. Éppen ezért ezen receptorok egyidejű gátlása csökkent tumor vaszkularizációhoz és ráksejt halálhoz vezet, végső soron a tumor zsugorodásához.
Azt senki nem állíthatja, hogy Dr. Wartman meggyógyult a leukémiából, de ahhoz képest, hogy tavaly ősszel már közel állt a halálhoz, most él és viszonylag jól van. Dr. Wartman a rák terjedése megállításának egyik „pioneer”-ja. Ami a kutatók szerint fontos, az az, hogy ennek a projektnek a keretében bebizonyosodott, hogy a rákbetegség nem annak a szöveti vagy szervi daganatnak a burjánzása révén progrediál, ahol eredetileg képződött a tumor (pl. májban, agyban, csontvelőbe, vérben vagy a bélben), hanem a gének hajtják a progressziót.
Emellett az új módszer mellett a kutatók azt várják, hogy a kezeléseket az individuális (egyedi) tumor mutációkhoz lehet szabni gyógyszerek segítségével, amelyek tulajdonképpen egyszerre támadnak meg néhány kulcsfontosságú abnormális (mutáns) gént. A gyógyszerkoktél hasonló az „AIDS-koktél”-hoz, amelyben néhány különböző gyógyszer egyszerre van jelen.
A kutatók véleménye megoszlik abban, hogy a módszer, amely teljes genom szekvenálás néven ismert, milyen hamar lesz általában elérhető és az egészségügyi biztosítók által megfizethető. Becsléseik szerint ez az időszak beletelik néhány évbe, de lehet akár egy évtized, vagy még több idő is. Abban azonban mindegyikük egyetért, annak ellenére, hogy még senkit nem sikerült a gyógyszerkoktéllal meggyógyítani, mégis rendkívül ígéretesnek mutatkozik.
A szekvenálás költségeinek meredek csökkenése és a génkutatások robbanásszerű terjedése révén az orvostudomány szakértői azt várják, hogy a rákbetegségek genetikai analízisei rutinszerűvé válnak. Éppúgy, ahogyan a patológusok rutinszerűen végzik a vértenyésztést annak meghatározása érdekében, hogy melyik antibiotikum lesz az, amely a beteg bakteriális fertőzésének a megállítására alkalmas, a genom szekvenálással meg tudják majd határozni, hogy mely gyógyszerek állíthatják meg a tumor terjedését.
„Amíg nem tudjuk, hogy mi hajtja a páciens rákbetegségét, addig esélyünk sincs annak pontos megcélzására. Az elmúlt 40 évben tábornokokat küldtünk a csatába úgy, hogy nem állt rendelkezésünkre a harcmező térképe. Amit most csinálunk, az nem más, minthogy megrajzoljuk a térképet.” – magyarázza Dr. Ley. „A teljes genom szekvenálás még gyermekcipőben jár és ijesztően komplex feladat. A génszekvenálás csak a kezdet – a kemény munka az lesz, hogy rájöjjünk, melyik mutáció a fontos. Ez olyan feladat, amely tapasztalatot, ügyességet, némi ráérző képességet és ösztönösséget igényel.”
Dr. Wartman rákbetegségét először 9 hónap intenzív kemoterápiával kezelték, majd ezt követte a 15 hónapos fenntartó kemoterápia. Így telt el öt év és úgy tűnt, hogy a rák eltűnt, de sajnos ismét kiújult. Ekkor a legkockázatosabb kezelési formák egyikét alkalmazták nála: egy újabb intenzív kemoterápiát követően – amellyel remisszióba juttatták a rákot -, öccsétől vett donor csontvelőt ültettek át a szervezetébe. A transzplantációt követő hét hónappal később a doktor már erősebbnek érezte magát és elment egy ALL leukémia előadásra. Az egyik előadó egy híres kutató volt és az ő szájából hangzott el, hogy azoknak a betegeknek, akiknél relapszus (kiújulás) lép fel, mindössze a 4-5 százalékuk marad életben.
Dr. Wartman erre így emlékszik vissza: „Mintha gyomron vágtak volna. Ezt a sokkot soha nem fogom elfelejteni.” Ennek ellenére az ő személyes gyógyulása elég biztatónak tűnt. Három évvel a transzplantáció után a doktor minden másnap már közel 10 km-t futott és jól érezte magát. Ekkor azonban a rák hirtelen visszatért és Dr. Wartman fejében visszacsengett az a bizonyos 4-5 %-os túlélési arány. Ez nála már a második relapszus volt. A kezelőorvosa bevonta egy klinikai kísérletbe, amelyben kemoterápia és hormonok adásával próbáltak a rákkal szembeszállni. A terápia azonban nem működött. Az sem segített, hogy az öccse egészséges csontvelősejtjeit juttatták a szervezetébe, infúzió formájában.
Dr. Wartman orvosai ekkor ismerték fel, hogy az utolsó reményük csak az lehet, ha az összes, rendelkezésükre álló genetikai ismeretet és technológiát bevetik a beteg megmentése érdekében. Az Egyetem Genom Intézete vezetőinek, Dr. Richard Wilsonnak és Dr. Elaine Mardisnak hamarosan rendelkezésére álltak a genetikai adatok, melyek alapján egyértelmű volt, hogy a rák DNS-ei nagyon sok mutációt mutattak és az is látszott, hogy nem tudnak ezzel mit kezdeni, mivel semmilyen gyógyszer nem állt rendelkezésre, amellyel a mutáns géneket megcélozhatták volna. Ekkor azonban egy másik genetikai elemzés váratlanul feltárta, hogy a rák RNS szekvenálása eltérő eredményt mutatott.
A RNS szekvenálás azt igazolta, hogy a leukémia sejtekben egy normális gén, az FLT3 hiperaktív. Ennek a génnek az a normál szerepe, hogy a sejteket növekedésre és proliferációra (burjánzás) késztessék. A hiperaktív FLT3 gén azonban kiválthatja a rákos sejtek igen gyors megsokszorozódását. Az egyetlen gyógyszer, amely az FLT3 gén aktivitást gátolja, a sunitinib (Sutent) volt, azt azonban az FDA addig csak gasztrointesztinális és előrehaladott veserák kezelésére hagyta jóvá.
Mivel a gyógyszer napi költsége 330 USD (kb. napi 75 ezer forint) lett volna, Dr. Wartman egészségbiztosítási cége nem járult hozzá a fizetéshez. A doktor kétszer is kérte a biztosítót, de mindkét esetben visszautasították. Megkérte a gyógyszergyártó céget, a Pfizert is, hogy kivételes elbánás alapján adják neki ingyen a gyógyszert. Kérelmében Dr. Wartman megmagyarázta, hogy a teljes éves fizetése mindössze 7,5 hónapos sunitinib kezelés megfizetésére lenne elegendő. A Pfizer azonban elutasította a kérését.
Pár hónappal később a doktor már pánikba esett. Kétségbeesetten kapaszkodott a sunitinib használatába, a hónapok során apránként gyűjtött össze annyi pénzt, hogy egyheti adagot megvehessen. Amikor elkezdte szedni a gyógyszert, már pár napon belül javult az állapota és a fehérvérsejtszáma is normálisnak tűnt (leukémia esetében a normál érték több százezerszeresére is emelkedhet). Dr. Wartman a kedvező eredmények ellenére aggódott, ha dolgozik is, meddig lesz képes a gyógyszert finanszírozni. Ekkor azonban felhívta a kezelő kórháza patikájából egy nővér, hogy rendelkezésére áll ingyen a gyógyszerből egy havi adag. A doktor ekkor még nem tudta, hogy a Genom Intézetből a munkatársak dobták össze a pénzt az egyhavi adag megvásárlására.
Két héttel később az a csontvelő, ami addig tele volt leukémiás sejtekkel, biopszia után teljes tisztulást mutatott. A doktor azonban még így is ideges volt. A biopszia (mintavétel tűvel) során ugyanis csak egy pici mennyiséget nyernek ki a csontvelőből, így a rákos sejtek láthatatlanul bújkálhatnak a csontvelő többi részében. A következő teszt, amelyet az orvosok elvégeztek, az áramlási citometria volt, amelyben a rákos sejtek jelölésére antitesteket használtak.
Az áramlási citométer lézer alapú, biofizikai technológia, melynek segítségével a folyadékáramba helyezett sejteket – jelen esetben a csontvelőből vett sejteket, melyeknek a felszíni markeréhez fluoreszcens festékkel kapcsolt monoklonális ellenanyagot kötöttek – elektronikus detektáló apparátuson juttatják keresztül. A készülék egyidejű multiparaméteres elemzést tesz lehetővé a sejtrészecskék nagyszámú fizikai és kémiai jellemzői tekintetében. Alkalmas többek között sejtszámlálásra, sorbarendezésre, biomarker detektálásra és a proteinszerkezet vizsgálatára.
Az áramlási citometria sem mutatott rákos sejteket. Dr. Wartman azonban úgy vélte, még a citometria is adhat félrevezető eredményt, így végül egy sokkal szenzitívebb vizsgálatot, az ún. FISH tesztet végezték el. A FISH angol rövidítés jelentése: fluoreszcens in situ hibridizáció. A teszt segítségével a humán sejtek genetikai anyagát tudják feltérképezni, beleértve a specifikus géneket vagy génrészeket, továbbá detektálni tudják vele a rákkal társuló genetikai rendellenességeket. A FISH teszt elvégzése során sem azonosítottak leukémiás sejteket a mintában.
A fenti vizsgálatok elvégzése után Dr. Wartman és kezelőorvosai azon gondolkodtak, hogy mi legyen a következő lépés. Szedje továbbra is a Sutentet vagy kerüljön sor egy újabb csontvelő transzplantációra? Az egyik orvos (Dr. DiPersio) végül úgy döntött, hogy a betegnek át kell esnie egy újabb csontvelő átültetésen, mert anélkül a rák mutálódhat és akkor nem lesz elegendő a Sutent kezelés sem. Eközben a Pfizer is úgy döntött, hogy ingyen bocsátja a doktor rendelkezésére a szükséges gyógyszeradagot.
Jelenleg a doktornál nem mutatkoznak az ALL leukémia jelei, de a csontvelő transzplantáció számos szövődménye fellépett, többek között a beültetett donor csontvelő fehérvérsejtjei megtámadták a doktor saját sejtjeit. Ennek következményeként bőrkiütésekkel és rosszullétekkel küzdött. A komplikációk azonban fokozatosan enyhültek és a doktor jelenleg ismét dolgozik a laboratóriumban.
Főnökei és munkatársai most más betegek rákos (leukémiás) sejtjeinek a hasonló mutációit keresik, továbbá tervezik a Sutent klinikai tesztelését azzal a céllal, hogy kiderüljön, a gyógyszer segíthet-e más leukémiás betegnek is vagy kizárólag Dr. Lukas Wartman számára jelentett egyedi megoldást.
