Μετά από πολυετείς μελέτες, οι ερευνητές του Εργαστηρίου Ανοσολογίας του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης, με επικεφαλής τη κα Ειρήνη Αθανασάκη και τη συμμετοχή των ερευνητών του Ινστιτούτου Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ, κατάφεραν να αναπτύξουν ένα σύστημα εξατομικευμένων εμφυτεύσιμων εμβολίων, το οποίο εξασφαλίζει τη-χωρίς παρενέργειες -βέλτιστη ανταπόκριση του κάθε οργανισμού.
Ξεκινώντας με την ανάπτυξη εμβολίων σε απλές ουσίες (αντιγόνα), οι μελέτες τους επεκτάθηκαν με επιτυχία σε μολυσματικούς μικροοργανισμούς και στη συνέχεια στον καρκίνο. Τα αρχικά τους ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο έγκυρο διεθνές περιοδικό Vaccine , ενώ η συνέχεια της δουλειάς τους παρουσιάστηκε στο Ευρωπαϊκό Συνέδριο Ανοσολογίας (European Congress of Immunology), το Σεπτέμβριο του 2015. Σε αυτό μάλιστα το Συνέδριο, η εργασία τους με τίτλο «Transplantable immune modulation in response to autologous cancer cells» (P.D.26.13 ), τιμήθηκε με το “EFIS 2015 Travel Grant award”.

Η πολλά υποσχόμενη νέα τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, έχει ήδη κατοχυρωθεί με δυο διπλώματα ευρεσιτεχνίας στον ΟΒΙ (Οργανισμός Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας)[1] και ένα υπό κρίση που αναφέρεται στην εφαρμογή της τεχνολογίας ενάντια στον COVID 19. Κονδύλια βέβαια, που το Πανεπιστήμιο Κρήτης αδυνατεί να καλύψει.

Μια εικόνα χίλιες λέξεις…
Η εφαρμογή της νέας αυτής τεχνολογίας στην αντιμετώπιση του καρκίνου, αποβλέπει στην εξατομικευμένη ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος του ασθενή, ενάντια στο συγκεκριμένο καρκινικό τύπο που φέρει (Εικ. 1). Με μια απλή αιμοληψία θα απομονώνονται από το αίμα του ασθενή τα κατάλληλα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Αυτά καλλιεργούνται σε μια τρισδιάστατη επιφάνεια. Στη καλλιέργεια προστίθενται θραύσματα καρκινικών κυττάρων που προέρχονται από τη βιοψία του καρκινικού ιστού. Τα κύτταρα που έχουν καλλιεργηθεί στις τρισδιάστατες επιφάνειες προσλαμβάνουν τα θραύσματα και είναι έτοιμα να τα παρουσιάσουν στο ανοσοποιητικό σύστημα. Οι «ενεργοποιημένες» πλέον επιφάνειες εμφυτεύονται στον ασθενή βοηθώντας το ανοσοποιητικό του σύστημα να καταπολεμήσει τα καρκινικά κύτταρα.

Η Επιστήμη

Η ανάπτυξη πλήρως αποτελεσματικών και χωρίς παρενέργειες εμβολίων, είναι ένα αινιγματικό και ανοικτό θέμα στην έρευνα.
Τα εμβόλια «πρώτης γενιάς» πραγματεύονται κυρίως την αποδυνάμωση ενός μικροοργανισμού. Αυτά είναι ικανά να επάγουν ειδικές αποκρίσεις Τ και Β λεμφοκυττάρων. Ωστόσο, μολονότι είναι πιο αποτελεσματικά, υπάρχει σημαντικός κίνδυνος μολυσματικότητας. Το παθογόνο μπορεί να επανέλθει σε μια μολυσματική κατάσταση και να προκαλέσει την ασθένεια . Η ανάγκη για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών εμβολίων με χαμηλές παρενέργειες, οδήγησε στη δεύτερη γενιά εμβολίων. Πρόκειται για τα εμβόλια που δε χρησιμοποιούν ολόκληρο τον μικροοργανισμό, αλλά συγκεκριμένες πρωτεΐνες του ή και κομμάτια των πρωτεϊνών του. Από τη μία ,τα εμβόλια αυτά είναι σε θέση να επάγουν τη παραγωγή ειδικού αντισώματος, ενώ από την άλλη, απαιτούν τη χρήση των ενισχυτικών για μη-ειδική ανοσολογική διέγερση του οργανισμού. Δυστυχώς οι ενισχυτικές αυτές ουσίες έχουν μη-ειδικές παρενέργειες και δεν ελέγχονται αποτελεσματικά στις μέρες μας. Η ασφάλεια των εμβολίων είναι ένα σοβαρό θέμα που απασχολεί την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας. Το γεγονός ότι η ασφάλεια του εμβολίου μπορεί να αξιολογηθεί μόνο μετά από μαζική ανοσοποίηση του πληθυσμού, εγείρει σοβαρά ζητήματα βιοηθικής. Παρά το γεγονός ότι έχει γίνει κατασκευή εμβολίων που σημείωσαν επιτυχία ως ένα βαθμό στην εξάλειψη της μολυσματικότητας του ίδιου του μικροοργανισμού, οι μη ειδικές επιδράσεις λόγω των ανοσοενισχυτικών, εξακολουθούν να μην παρέχουν την απαιτούμενη ασφάλεια.
Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα που θα πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη στην ανάπτυξη ενός εμβολίου, είναι η μοναδικότητα του κάθε ατόμου ως προς την ιστοσυμβατότητά του (αυτή άλλωστε ευθύνεται για την απόρριψη μοσχεύματος). Η ιστοσυμβατότητα εκπροσωπείται από δύο κυρίως είδη πρωτεϊνών, τις πρωτεΐνες τάξης Ι και τάξης ΙΙ. Οι πρωτεΐνες αυτές είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη μιας ανοσολογικής απόκρισης, εφόσον πρέπει να προσδέσουν κάποια μικρά κομμάτια (αντιγονικά επίτοπα) της παθογόνου ουσίας. Έτσι, ο κάθε οργανισμός καταπολεμά το εκάστοτε παθογόνο, με το δικό του ιδιαίτερο τρόπο, που εξαρτάται από την ιστοσυμβατότητά του. Καταλαβαίνουμε λοιπόν, ότι όσο πιο μεγάλος είναι ο μικροοργανισμός που προσβάλει τον οργανισμό, τόσο μεγαλύτερες είναι οι πιθανότητες να βρεθεί κάποιο παθογόνο τμήμα που να ταιριάζει με την ιστοσυμβατότητά του, ώστε να μπορεί να καταπολεμήσει το παθογόνο. Αυτός είναι ο λόγος που τα εμβόλια πρώτης γενεάς είναι πιο αποτελεσματικά. Αντιθέτως, στη δεύτερη γενιά εμβολίων, αυτή η πιθανότητα είναι περιορισμένη λόγω του μικρότερου αριθμού αντιγονικών επιτόπων. Σε αυτή τη περίπτωση υπάρχουν άτομα που δεν καταφέρνουν να αναπτύξουν ανοσολογική απόκριση και οδηγούνται σε απάθεια.
Για να ξεπεραστούν αυτές οι δυσκολίες, η αρχική ιδέα που οδήγησε στην ανάπτυξη της τεχνολογίας που περιγράφουμε εδώ, ήταν να βρεθεί ένα σύστημα στο οποίο η αρχική ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος ενός ατόμου από το μικροοργανισμό, να γίνεται στα κύτταρα του ίδιου του ατόμου, αλλά εκτός οργανισμού (in vitro). Με αυτό το τρόπο αποφεύγεται η μολυσματικότητα. Στη συνέχεια, η εμφύτευση αυτού του βιο-συστήματος (in vivo) να μπορούσε να ενεργοποιήσει ολόκληρο τον οργανισμό. Η υλοποίηση αυτής της ιδέας οδηγεί στον εξατομικευμένο εμβολιασμό, ενώ παράλληλα εξαλείφει όλες τις παρενέργειες που οφείλονται στη μη ειδική διέγερση των ανοσοενισχυτικών, εφόσον το ίδιο το σύστημ1α που χρησιμοποιείται προκαλεί την αναγκαία διέγερση για την έναρξη της ανοσοαπόκρισης.
Οι εμφυτεύσιμες δομές που προτείνονται αποτελούνται από τρισδιάστατες επιφάνειες πυριτίου μικροδομημένες με λέιζερ υπέρστενων παλμών. Η προτεινόμενη δόμηση του πυριτίου με λέιζερ, επιτρέπει την ελεγχόμενη και υψηλής ανάλυσης δημιουργία δομών.

Η μελέτη

Η επιλογή της κατάλληλης τραχύτητας και χημείας της επιφάνειας, έγινε με βάση την προσκόλληση των αντιγονοπαρουσιαστικών κυττάρων και την ικανότητα παραγωγής ειδικού αντισώματος και αυξητικών παραγόντων μετά από προσθήκη του αντιγόνου και των απαραίτητων κυττάρων (Εικ. 2).

Εικόνα 2:Συγκαλλιέργειες μακροφάγων και Τ λεμφοκυττάρων που αναπτύσσονται στην επιφάνεια ικριωμάτων πυριτίου. Ο μεγάλος αριθμός των εκκριτικών κυστιδίων που διακοσμούν τις κορυφές των ικριωμάτων, έγιναν ορατές με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης. Οι εικόνες δείχνουν διαδοχικές μεγεθύνσεις της καλλιέργειας, ξεκινώντας από x180 (A) έως X11,000 (F).

Για τη μετάβαση από την επιτυχημένη in vitro διαδικασία στην in vivo κατάσταση, εξετάστηκαν δύο παράγοντες: ο πρώτος είναι κατά πόσο αυτές οι επιφάνειες πυριτίου μπορούν να παρέχουν ανοσοδιεγερτικά σήματα στον οργανισμό, έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα αποφυγής της χρήσης των ενισχυτικών και ο δεύτερος είναι το αν παρέχουν τη δυνατότητα παραγωγής αντισώματος.
Μετά την υποδόρια εμφύτευση των δομών, διαπιστώθηκε ότι όντως η δομή αυτή μπορεί να προκαλέσει εξίσου ισχυρή ανοσοδιέγερση με ένα κοινό ανοσοενισχυτικό, ενώ παράλληλα είναι εξ’ ίσου αποτελεσματική στη παραγωγή ειδικού αντισώματος. Το σύστημα του εμφυτεύσιμου εμβολίου έχει λειτουργήσει αποτελεσματικά in vivo στο μοντέλο του ποντικού για τα αντιγόνα human serum albumin (HSA) και το βακτηριακό στέλεχος Salmonella typhimurium, ενώ αποδεικνύεται να παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην εφαρμογή καρκινικών αντιγόνων.

Για την εφαρμογή της εφεύρεσης σε καρκινικά αντιγόνα χρησιμοποιήθηκε η καρκινική κυτταρική σειρά PC3 (Prostate Cancer 3), η οποία δημιουργεί υποδόριους όγκους στα ποντίκια. Καλλιεργήθηκαν κύτταρα σπλήνας ποντικού μαζί με θραύσματα των καρκινικών κυττάρων και εμφυτεύθηκαν σε ποντίκια στα οποία είχε προηγηθεί ογκογένεση με τα ίδια κύτταρα.
Τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν αύξηση παραγωγής αντισώματος, αύξηση του παράγοντα TNF-a (tumor necrosis factor) και μείωση της αντιφλεγμονώδους IL-10, επομένως φαίνεται ήδη πως η δομή αυτή μπορεί να συμβάλλει στην καταπολέμηση του όγκου από τον οργανισμό (Εικ. 3).

 

Εικόνα 3: Επιτυχής προσέλκυση λεμφοκυττάρων στο ενεργοποιημένο με μακροφάγα και εκχύλισμα κυττάρων όγκου ικρίωμα.

Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας ανοίγει νέους ορίζοντες υψηλής σημασίας, τόσο στην έρευνα όσο και στη θεραπεία. Αξιοποιώντας τις δυνατότητες που δίνει η ίδια η φύση στον οργανισμό μας , θα μπορούμε πλέον με απλές, οικονομικές, αλλά εξειδικευμένες προσεγγίσεις, να αντιμετωπίζουμε τα σοβαρά προβλήματα της εποχής μας.

 

[1] Athanassakis, I., Zerva, I., Simitzi, C., Ranella, A., Stratakis E., Personalized implantable vaccines using antigen pre-activated monocytes (Εξατομικευμένα εμφυτεύσιμα εμβόλια με αντιγονικά διεγερμένα μονοκύτταρα). ΟΒΙ 20140100471, 19/9/2014 https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/056090633/publication/GR1008652B?q=20140100471

Athanassakis I., Zerva, I., Stratakis E.. Personalized implant against cancer. Εξατομικευμένο εμφύτευμα κατά του καρκίνου. ΟΒΙ 20190100297