POTENCJALNE METODY LECZENIA ACHONDROPLAZJI

Jeśli lekcja biologii kojarzy się Państwu głównie z ziewaniem, chciałbym przestrzec i jednocześnie uspokoić. Biochemiczne skróty i fachowa nomenklatura są kluczowe dla zrozumienia tematu, a moim zadaniem jest przekazanie wielu trudnych informacji w przystępny sposób. Tytułem wstępu odsyłam także do wcześniejszych artykułów zamieszczonych na stronie Fundacji Rodzic Nie Pęka. W poprzednich częściach encyklopedii przybliżyliśmy budowę i rozwój kości, znamy także mechanizm powstawania achondroplazji. Już w 1994 roku odkryto, że mutacja genu FGFR3 jest odpowiedzialna za rozwój tej rzadkiej choroby genetycznej. Jednak obecna medycyna nie oferuje leku pozwalającego zniwelować następstwa tej mutacji. Znaczący postęp nauk medycznych i biologii molekularnej pozwala z nadzieją spoglądać w przyszłość i to właśnie o tym będzie ten tekst. Zaznaczam, że artykuł służy jedynie celom informacyjnym, a omówione zagadnienia są na etapie wczesnych badań lub funkcjonują jako wiarygodne hipotezy badawcze.

Zacznijmy jednak od roku 1921, kiedy w Białowieży przyszedł na świat radziecki ortopeda Gawriił Abramowicz Ilizarow. W 1944 roku ukończył studia, a następnie pracował jako lekarz rejonowy w Kurganie na Syberii. Zajmował się wówczas leczeniem licznych w tym okresie urazów wojennych. Podczas tej pracy zdobył doświadczenie w leczeniu zaburzeń układu kostnego, co zaowocowało stworzeniem w 1950 roku zewnętrznego stabilizatora odłamów kostnych. Stabilizator nazwano od nazwiska wynalazcy aparatem Ilizarowa. Składa się on z systemu metalowych pierścieni, teleskopowych prętów oraz tzw. drutów Kirschnera, przy pomocy których jest mocowany do kości. Aparat wykorzystuje zjawisko osteogenezy dystrakcyjnej. Metoda ta była znana już w XIX wieku, lecz dopiero Ilizarow spopularyzował i udoskonalił ją na tyle, by mogła być wykorzystywana na szeroką skalę. Zjawisko osteogenezy szeroko opisywałem już poprzednich artykułach, jednak osteogeneza dystrakcyjna wymaga kilku słów wyjaśnienia. Jest to niejako siłowo wymuszony proces rozwoju kości. Polega na przecięciu kości, bez naruszenia okostnej i stopniowym odsuwaniu od siebie powstałych fragmentów w tempie 0,5 – 1 mm dziennie. Kość w miejscu złamania zostaje nadbudowana przez komórki kościotwórcze tzw. osteoblasty, a naczynia krwionośne, mięśnie i nerwy dostosowują się do jej nowego kształtu. Można w ten sposób wydłużyć kość nawet o kilka centymetrów, co często jest wykorzystywane wśród chorych z dysplazjami kostnymi, takimi jak m.in. achondroplazja, hipochondroplazja. Podobnie jak inne nowatorskie metody leczenia, aparat Ilizarowa musiał przejść okres akceptacji przez środowisko lekarskie. Dopiero po 1955 roku, kiedy Ilizarow został ordynatorem oddziału chirurgicznego w kurgańskim szpitalu, jego prace zainteresowały kolegów po fachu. Wpływ na taki przebieg spraw miała niewątpliwie odległość jaka dzieliła daleką Syberię i inne ośrodki naukowe na czele z Moskwą. Przełom nastąpił w 1967 roku, kiedy Ilizarov postawił na nogi bohatera narodowego ZSRR, mistrza olimpijskiego w skoku wzwyż, Valerego Brumela. Skoczek, zaraz po sukcesie olimpijskim z 1964 roku, uległ wypadkowi motocyklowemu, w wyniku którego poważnie złamał nogi, co stanowiło olbrzymie wyzwanie dla radzieckich lekarzy. Po tym sukcesie Ilizarow zyskał rozgłos i uznanie w ZSRR, a lokalne media nazwały go Czarodziejem z Kurganu. Światową sławę przyniosło mu wyleczenie złamania kości piszczelowej Carlo Mauriego, znanego włoskiego podróżnika. W czasie gdy metoda Ilizarowa podbijała świat za żelazną kurtyną, wybitny polski ortopeda Stanisław Konzal opracowywał własne metody wydłużania kończyn. Dnia 16.07.1987 roku do Urzędu Patentowego wpłynął wniosek o przyznanie patentu na aparat do wydłużania kończyn. Twórcami wynalazku byli Zygmunt Rafalski i Stanisław Konzal. Swój produkt opisywali jako „ (…) aparat do wydłużania kończyny mający zastosowanie w ortopedii i traumatologi i przy wydłużaniu uda, podudzia, ramienia i przedramienia.”. W 1990 roku Stanisław Konzal otrzymał nagrodę PAN i Ministra Kierownika Urzędu Postępu Naukowo-Technicznego za szczególne osiągnięcia w opracowaniu systemu stabilizatorów „R” w leczeniu trudnych przypadków złamań oraz jako twórca polskiej metody wydłużania kończyn. Inne warte odnotowania metody zwiększania długości kości to m.in. aparat Teylora (TSF), metoda z wykorzystaniem aparatu MRS, czyli najnowszej generacji dystraktora zewnętrznego oraz metoda z wykorzystaniem magnetycznego ruchomego pręta wewnątrz kości. Szczególnie ta ostatnia jest zabiegiem bardzo nowatorskim i małoinwazyjnym. Polega na wprowadzeniu do wnętrza kości wspomnianego pręta, w którym znajduje się silnik napędzany polem magnetycznym. Pręt rozpiera kość, kiedy zbliżamy do niego magnez, co każdy pacjent musi robić 3 razy dziennie po 5 minut. Jak obiecują lekarze, po 50 dniach kończyna może być dłuższa o 5 cm. Metody wydłużania kończyn wciąż ewoluują, stają się bardziej dostępne i przystępne cenowo. Najczęściej w tym celu jest nadal wykorzystywany aparat Iliazarowa, który stał się wzorem i inspiracją dla innych konstrukcji.

Opisując szeroko powyższe metody, chciałbym zwrócić Państwa uwagę na zaskakujący fakt. Znając etiologię rozwoju achondroplazji, obecna medycyna oferuje jedynie leczenie objawowe. Dalsze rozważania chciałbym skierować ku możliwościom leczenia przyczynowego. Przypomnijmy sobie zatem, jaki mechanizm odpowiada za rozwój achondroplazji oraz rozszyfrujmy molekularne ścieżki jego potencjalnej naprawy. Czynniki wzrostu fibroblastów (FGF – ang. fibroblast growthfactor) to duża rodzina ok. 22 białek kontrolujących proces wzrostu i różnicowania wielu komórek oraz tkanek. FGF-y uczestniczą m.in. w tworzeniu naczyń krwionośnych, gojeniu ran czy kostnieniu. Ich aktywność jest możliwa dzięki obecności na powierzchni komórek 4 typów receptorów: FGFR1, FGFR2, FGFR3 i FGFR4. FGFR3 jest absolutnie najważniejszym białkiem w patogenezie rozwoju achondroplazji. Istnieją dwie mutacje w genie FGFR3, które odpowiadają za ok. 99% wszystkich przypadków achondroplazji. Obie te zmiany wiążą się z zamianą aminokwasu glicyny na argininę. Prawidłowo funkcjonujący receptor FGFR3 działa jak hamulec w procesie budowy kości. Mutacja wzmacnia jego pierwotne funkcje, czyli jeszcze bardziej ogranicza podziały komórek. Jak więc „naprawić” receptor zamknięty w ludzkiej kości? Dostęp do płytki wzrostowej mają jedynie malutkie cząsteczki zdolne dyfundować z krwi, która opływa tkanki, jednak nie dociera bezpośrednio do receptora. Jest to zadanie niezwykle trudne i kosztowne przez co badania trwają długie lata. Jednak naukowcy nie składają broni, a wręcz przeciwnie wciąż powstają nowe hipotezy dotyczące potencjalnego leku na achondroplazję. Chciałbym przedstawić najważniejsze i najciekawsze ustalenia. Osoby zainteresowane skondensowaną dawką wiedzy odsyłam do grafiki dołączonej do artykułu. Jest ona schematycznym przedstawieniem niżej opisanych metod potencjalnego leczenia achondroplazji, może także stanowić klucz do ich zrozumienia. Jednocześnie zaznaczam, że żadna z tym metod nie jest obecnie praktykowana w omawianym celu, a większość z nich to wczesne hipotezy badawcze.

Najbardziej obiecującą terapią w leczeniu achondroplazji jest zastosowanie C-peptydu natriuretycznego (CNP), a dokładniej jego analogu zwanego BMN-111. Analogiem nazywamy związek posiadający podobną strukturę co związek pierwotny oraz ulepszone lub podobne do niego działanie. CNP obok przedsionkowego peptydu natriuretycznego (ANP – ang. atrialnatriureticpeptide) i mózgowego peptydu natriuretycznego (BNP – ang. brainnatriureticpeptide) należy do rodziny peptydów natriuretycznych. Związki te w organizmie człowieka odpowiadają głównie za wydalanie sodu, diurezę, relaksacje naczyń krwionośnych i regulację ciśnienia krwi. Peptyd natriuretyczny typu C został odkryty w roku 1990 w ekstraktach mózgu świń. Wykazuje on stosunkowo niewielkie działanie natriuretyczne, choć nie ta funkcja szczególnie zainteresowała naukowców zajmujących się metodami leczenia achondroplazji. Miejscem produkcji CNP jest OUN (ośrodkowy układ nerwowy), chondrocyty i stymulowany przez cytokiny śródbłonek naczyniowy. Swoje działanie peptydy natriuretyczne wykazują poprzez wiązanie ze swoistymi receptorami błonowymi. Zidentyfikowano 3 związki należące do tej grupy: receptor peptydów natriuretycznych typu A (NPR-A), receptor peptydów natriuretycznych typu B (NPR-B) oraz receptor peptydów natriuretycznych typu C (NPR-C). Choć ten ostatni wydaje się być odpowiedni dla CNP, to właśnie receptor NPR-B jest preferencyjny dla tego związku. Zlokalizowany jest w kościach, mózgu, fibroblastach, sercu, nerkach, wątrobie, płucach, macicy oraz mięśniach gładkich naczyń krwionośnych. Skoro produkcja samego peptydu oraz ekspresja jego receptora mają miejsce w kościach, może on wykazywać ważną rolę w ich funkcjonowaniu.

Peptyd natriuretyczny typu C okazuje się być pozytywnym graczem zaangażowanym w proces wzrostu kości. Jak już sobie wcześniej wyjaśniliśmy aktywowany receptor FGFR3 działa hamująco na podział chondrocytów. Prześledźmy ten mechanizm w trybie slowmotion. Komórka, o której mówimy to chondrocyt, na jej powierzchni znajdują się receptory odbierające sygnały z całego organizmu. Po otrzymaniu informacji przez receptor wędruje ona dalej do jądra komórki przy udziale pośredników.W naszym uproszczonym schemacie do bram komórki „pukają” czynnik wzrostu fibroblastów (FGF – ang. fibroblast growthfactor) oraz C-peptyd natriuretyczny (CNP). Oba te związki mają swoje bramki, przez które mogą przekazać informację. dla FGF jest to receptor FGFR3, natomiast CNP używa w tym celu receptora NPR-B. Sygnał od aktywowanego FGFR3 przekazywany jest dalej przy udziale grupy pośredników, obejmuje ona szlak sygnałowy Raf-MEK-ERK. CNP blokuje ten przekaz na poziomie enzymu Raf, przez co uniemożliwia działanie FGFR3. Jeżeli przetniemy linkę zaciśniętego hamulca, pojazd przyśpiesza. Tak samo działa CNP w procesie wzrostu kości.

Wykorzystanie CNP w terapii achondroplazji zostało zbadane na modelach zwierzęcych, gdzie związek ten potwierdził swoje potencjalnie korzystne działanie. Pod koniec 2010 roku BioMarin, firma farmaceutyczna specjalizująca się w terapii chorób genetycznych, ogłosiła, że planuje rozpocząć badania kliniczne (z udziałem ludzi) nad związkiem o nazwie BMN-111. Jest to analog CNP o przedłużonym okresie półtrwania. Obiecujące wyniki obserwacji przeprowadzonych na modelach zwierzęcych zaowocowały rozpoczęciem w 2012 roku fazy 1 badań z udziałem zdrowych ochotników. Celem badania była ocena bezpieczeństwa, tolerancji i sposobu metabolizmu nowego leku w organizmie człowieka. Nie zanotowano skutków ubocznych w wyniku stosowania BMN-111. Związek zakwalifikowano do fazy 2 badań klinicznych, gdzie przydzielono 26 dzieci w wieku 5-14 lat ze stwierdzoną achondroplazją. Ten etap badań zmierza ku końcowi, a dotychczasowe ustalenia są bardzo obiecujące. Pozytywne wyniki, pozwolą firmie na wkroczenie w 3 fazę badań klinicznych, a jeśli i ta przebiegnie pomyślnie ostatnim krokiem będzie uzyskanie przez firmę BioMarin wszelkich pozwoleń dopuszczających nowy lek na rynek. Drogę BMN-111 na apteczne półki, możecie państwo śledzić na stronie producenta, do której odsyła poniższy link: http://www.biomarin.com/products/clinical-trials/bmn-111-for-achondroplasia/ .

Kończąc temat CNP zostawiam państwa z jeszcze jedną ważną informacją. Naukowcy ustalili, że osoby z achondroplazją mogą mieć naturalną odporność tkanek na działanie CNP. Konieczne są dalsze badania, które ustalą jak ten fakt może wpływać na długoterminowe leczenie BMN-111. Choć istnieją inne potencjalne metody pozwalające ograniczyć nadaktywność receptora FGFR3, to właśnie wykorzystanie w tym celu CNP wydaje się być najbardziej realne. Warto jednak pokrótce wspomnieć o innych możliwościach.

Zapewne nie raz słyszeli Państwo o przeciwciałach. Białka te wytwarzane są przez limfocyty typu B w odpowiedzi na pojawienie się antygenu. Mianem antygenu możemy określić substancję, która jest zdolna do wywołania odpowiedzi immunologicznej, jak np. toksyny bakteryjne czy wirusy. Może to być także komórka naszego ciała, jak to ma miejsce w przypadku chorób autoimmunologicznych. Istnieje także możliwość wykorzystania przeciwciał w celach terapeutycznych. Przeciwciała blokujące receptor FGFR3 z powodzeniem wykorzystuje się w badaniach na myszach z rakiem pęcherza moczowego. Niestety nie oceniono dotychczas jak podobne substancje mogłyby działać w przypadku achondroplazji. Jednym z potencjalnych problemów w wykorzystaniu przeciwciał może być ich wielkość, przez co utrudniona może być ich dyfuzja i połączenie z receptorem na chondrocycie. Potencjalnym rozwiązaniem może być użycie związków zwanych aptamerami. Aptamery to oligonukleotydy (krótkie fragmenty DNA lub RNA) lub peptydy, które wiążą się specyficznie z określoną cząsteczką. Mają wiele zalet m.in. brak immunogenności oraz niewielki rozmiar. Jednak ich wykorzystanie w leczeniu achondroplazji powinno być obecnie  traktowane jedynie jako ciekawostka naukowa.         

Ciekawym sposobem zmniejszania aktywności receptora FGFR3 jest stworzenie substancji, która będzie konkurowała z nim o wiązanie FGF. Podany z zewnątrz sFGFR3 (ang. soluble FGFR3) poprzez przyłączenie FGF nie wykazuje aktywności, przez co ogranicza możliwość wiązania zmutowanego receptora FGFR3 i jego negatywne następstwa. Badania z użyciem myszy z achondroplazją wykazują skuteczność tego rodzaju terapii. Ciekawym jej następstwem może być także obserwowany wzrost rozmiarów miednicy u tych zwierząt, co w przypadku ludzi mogłoby znacznie ułatwić poród. Pozostaje nam czekać na pozytywne wyniki badań klinicznych.        

Wiele strategii dotyczących zniesienia aktywności receptora FGFR3 jest wynikiem badań nad wykorzystaniem potencjalnych leków w onkologii. Nowotwory związane z FGFR3 to m.in. rak pęcherza moczowego oraz szpiczak mnogi. Lekami mogącymi mieć zastosowanie w ich terapii są inhibitory kinazy tyrozynowej (TKI – ang. tyrosinekinaseinhibitors). Posłużmy się przykładem, który zobrazuje ich działanie. Receptor FGFR3 jest jak rurka wypełniona piaskiem zakotwiczona w ściance balonu (błona komórkowa). Jeśli z zewnętrznej strony rurki przyłożymy siłę (FGF), dajmy na to uderzymy młotkiem. to zastawka blokująca piasek w rurce poluzuje się po stronie wewnętrznej, a piasek wysypie się do środka balonu. Sprawność mechanizmu odpowiadającego za utrzymanie zastawki ma tu kluczowe znaczenie. Piasek będzie wysypywał się szybko lub delikatnie ziarenko po ziarenku. Taki mechanizm zapewnia enzym kinaza tyrozynowa. Zastosowanie TKI bezpośredniego zmniejszenia wysoką aktywność kinazy tyrozynowej, będącą skutkiem mutacji w FGFR3. Najbardziej selektywnym inhibitorem w stosunku do tego receptora, wydaje się być związek o nazwie NVP-BGJ398. Jego potencjalne wykorzystanie w leczeniu achondroplazji potwierdzają wczesne badania na myszach.

Wyżej opisane metody stawiają sobie za cel ograniczenie aktywności receptora FGFR3, można pomyśleć, że wszystkie starania naukowców koncentrują się właśnie na tej cząsteczce. Otóż nie, wzrost kości to proces niezmiernie skomplikowany i kontrolowany przy udziale wielu czynników. Wzmocnienie innych szlaków sygnałowych może przynieść zamierzone efekty mimo utrzymującego się defektu genetycznego lub wspierać inne metody. Jedną z pierwszych terapii oferowanych pacjentom z achondroplazją było podawanie rekombinowanego hormonu wzrostu. Mechanizm działania tego związku nie wpływa bezpośrednio na szlaki sygnalizacji FGFR3, natomiast stymuluje wzrost chrząstki poprzez swoje właściwości pro-anaboliczne. Mimo wielu pozytywnych doniesień, szczególnie w zakresie badań krótkoterminowych, wciąż brakuje przekonywujących dowodów potwierdzających przydatność hormonu wzrostu w leczeniu achondroplazji. Obecnie nie zaleca się rutynowo tego typu terapii.

Peptyd PTH-podobny (PTHrP – ang. Parathyroidhormone-related protein) jest to białko ściśle związane z parathormonem (PTH), który odpowiada za regulację hormonalną gospodarki wapniowo-fosforanowej w organizmie oraz aktywność osteoblastów i osteoklastów. PTH jest wydzielany przez przytarczyce i dociera do tkanek docelowych wraz z krwią. Natomiast PTHrP występuje w obrębie tkanek, które go produkują. Obie te cząsteczki są zbliżone strukturalnie i działają poprzez wiązanie tego samego receptora błonowego na chondrocytach PTHR1 (ang. PTH receptor 1). Pozwala to twierdzić, że pełnią podobne funkcje w obrębie tej komórki. Głównym efektem działania PTHrP w płytce wzrostowej jest utrzymanie chondrocytów w stanie proliferacji, czyli stymulowanie ich do podziału. Zewnętrzne podawanie analogów PTH, takich jak Teryparatyd – lek stosowany w leczeniu osteoporozy, w badaniach na mysich modelach achondroplazji potwierdziły swoją skuteczność. Lek zwiększał podziały chondrocytów oraz zmniejszał ekspresję FGFR3. Konieczne są dalsze obserwacje z udziałem ludzi, które potwierdzą przydatność kliniczną analogów PTH w leczeniu achondroplazji.

Często w przypadku poszukiwań metod farmakologicznego leczenia bada się leki obecne od lat na rynku służące innym celom. W przypadku achondroplazji jest to wspomniany Teryperatyd, jednak uwagę naukowców zwracają także inne związki. Meklozyna (ang. Meclizine) jest lekiem antyhistaminowym, stosowanym w leczeniu choroby lokomocyjnej. Jej potencjalne zastosowanie w terapii achondroplazji polega na przerwaniu ścieżki sygnalizacyjnej receptora FGFR3 na poziome białka ERK (MAPK). Statyny to znane i powszechnie przepisywane przez lekarzy farmaceutyki na obniżenie poziomu cholesterolu. Zaskakujący jest fakt, że mogą także obniżać ekspresję receptora FGFR3. Nie będę natomiast szczególnie odkrywczy jeśli zaznaczę, że leki przyjmowane długoterminowo mogą mieć negatywne skutki uboczne. Dlatego mimo stosowania tych leków przez ludzi w innym przeznaczeniu, nie znamy sposobu ich wykorzystania w przypadku achondroplazji.

Kończąc ten skomplikowany przegląd, chciałbym zacytować znane powiedzenie idealnie oddające stan poszukiwań leku na achondroplazję. Jesteśmy tak blisko, a zarazem tak daleko. Pozostaje zatem śledzić najnowsze doniesienia, szczególnie CNP wydaje się być bardzo obiecującym związkiem.

Dla ułatwienia zrozumienia wyżej opisanych, potencjalnych metod leczenia achondroplazji, można zobaczyć na schemacie tutaj.



SPIS PIŚMIENNICTWA:

  1. Unger S., Bonafé L., Gouze E. (2017): CurrentCare and Investigational Therapies in Achondroplasia, Current Osteoporosis Reports,15 (2): 53-60, doi:10.1007/s11914-017-0347-2
  2. Ornitz D.M., Legeai-Mallet L. (2017): Achondroplasia: Development, pathogenesis, and therapy, Developmental Dynamics, 246: 291–309, doi:10.1002/dvdy.24479
  3. Olney R.C., Prickett T.C., Espiner E.A., Mackenzie W.G., Duker A.L., Ditro C., Zabel B., Hasegawa T., Kitoh H., Aylsworth A.S., Bober M.B. (2015): C-type natriureticpeptideplasmalevelsareelevated in subjects with achondroplasia, hypochondroplasia, and thanatophoricdysplasia., The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism,100(2): E355-9, doi: 10.1210/jc.2014-2814
  4. Stryjewski P., Nessler B., Cubera K., Nessler J. (2013): Peptydy natriuretyczne: historia odkrycia, budowa chemiczna, mechanizm działania oraz metabolizm: podstawy zastosowania diagnostycznego i leczniczego, Przegląd Lekarski, 70, 7.

INTERNET:

  • http://olgazakrzewska.blogspot.com/2014/04/aparat-ilizarova.html
  • https://pl.wikipedia.org/wiki/Osteogeneza_dystrakcyjna
  • https://pl.wikipedia.org/wiki/Gawrii%C5%82_Ilizarow
  • http://www.aparatilizarowa.pl/
  • http://ptoitr.pl/almanach-ortopedow-polskich/o/konzal-stanislaw
  • http://delibra.bg.polsl.pl/dlibra/doccontent?id=31586
  • http://www.medonet.pl/zdrowie,dr-konrad-slynarski-i-wydluzenie-kosci,artykul,1723157.html
  • http://poznan.onet.pl/sukces-poznanskich-ortopedow-nowatorski-aparat-wydluzy-kosc-pacjenta/brc4yss
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Taylor_Spatial_Frame
  • http://beyondachondroplasia.org/blogue/?page_id=6025&lang=en
  • http://www.biomarin.com/products/clinical-trials/bmn-111-for-achondroplasia/
  • http://tratando-acondroplasia.blogspot.com.br/

 
Koncepcja i opracowanie artykułu: Marcin Jasiński