Okos terápiával kicselezhető a daganat ellenállása

„A rákkutatás óriásit fejlődött az elmúlt években. Egyre jobban értjük, hogy a rákos sejt miben különbözik az egészségestől, és egyre inkább képesek vagyunk ezt a különbséget újabb és újabb gyógyszerekkel kiaknázni. Amíg azonban van olyan beteg, akit elvesztünk, addig azt kell mondanunk, hogy a gyógyszereink nem tökéletesek” – mondta Szakács Gergely, az MTA TTK Lendület-ösztöndíjas csoportvezetője a Szigma – a holnap világa tudományos magazin augusztus 8-i adásában, ahol egy frissen megjelent közleményükről számolt be. A Journal of Controlled Release című folyóiratban publikált cikk egy olyan új kezelési módot mutat be, amely ha emberen is olyan sikeresnek bizonyul, mint azt az állatkísérletes modell alapján remélni lehet, akkor számottevően javíthatja az emlőrákos betegek életkilátásait.

A tanulmány első szerzője Füredi András végzős doktorandusz, akit Dr. Szebényi Kornélia (Bécsi Orvostudományi Egyetem), Tóth Szilárd, Cserepes Mihály, Hámori Lilla, Nagy Veronika, Dr. Imre Tímea, Dr. Szabó Pál, Dr. Szüts Dávid (MTA TTK Enzimológiai Intézet), Karai Edina, Dr. Vajdovich Péter (Állatorvostudományi Egyetem), Dr. Tóvári József (Országos Onkológiai Intézet), valamint témavezetőként Dr. Szakács Gergely segítettek a munkában.Szakács, aki a Semmelweis Egyetemen végzett és doktorált, az egyesült államokbeli NIH Nemzeti Rákkutató Intézetében (NCI) érte el első nemzetközileg is jelentős eredményeit, majd 2006-os hazatérése után először az MTA Enzimológiai Intézetében, újabban pedig a Bécsi Orvostudományi Egyetem Rákkutató Intézetében alapított sikeres laboratóriumot.

„Általános tapasztalat a klinikumban, hogy a kemoterápiás szerek vagy újabb gyógyszerek kezdetben hatékonynak mutatkoznak, azonban a rák később mégis visszatér – recidívál –, és a betegség már nem reagál az eleinte hatékony gyógyszerekre, azaz a rákos sejtek rezisztenssé válnak. Mi ezzel a gyógyszerek hatékonyságát korlátozó jelenséggel, a rákos sejtek ellenállásával foglalkozunk: azt vizsgáljuk, hogy a gyógyszerrel kezelt ráksejtekben milyen változások idéződnek elő, és ezek a változások hogyan szolgálják a kezdetben érzékeny ráksejtek túlélését a terápia ellenére” – ismertette Szakács.

Terápiarezisztens melldaganat-sejtek (pirossal jelölve) Forrás: NIH/Sheheryar Kabraji, Sridhar Ramaswamy

Gyógyszerpumpák: az ígéretes célponttól az elviselhetetlen mellékhatásokig

A daganatsejtek többféle mechanizmus útján is képesek ellenállóvá válni a gyógyszeres kezeléssel szemben. Eltűnhet vagy mutáció által megváltozhat bennük a gyógyszer célpontjául szolgáló fehérje, fokozódhat bennük a gyógyszert lebontó anyagcsere-tevékenység, vagy általában csökkenhet a károsító tényezőkre adott válaszreakciójuk. Ám az egyik leggyakoribb módja a terápiarezisztencia kialakulásának az, hogy a daganatsejtek aktívan megakadályozzák a gyógyszermolekulák sejtbe jutását, illetve igyekeznek onnan eltávolítani („kipumpálni”) a már bekerült gyógyszermolekulákat, így a gyógyszer koncentrációja eleve el sem éri bennük a pusztításhoz szükséges küszöbértéket. A rezisztencia e formájának kifejlődéséért az ún. multidrogrezisztencia-pumpák családjába tartozó fehérjék, legtöbbször a P-glikoprotein – röviden P-gp – fokozott tevékenysége tehető felelőssé.

Miután az 1970-es években fény derült a P-gp gyógyszerrezisztenciában játszott kulcsszerepére, a kutatók és orvosok egy ideig azt hitték, hogy a probléma megoldása karnyújtásnyi közelségbe került. Úgy látszott, nem is kell mást tenni, mint a kezelés nyomán ellenállóvá vált tumorsejteket a rákellenes szer mellett egy másik, a P-gp funkcióját gátló szerrel együtt kezelni, és a daganat máris újraérzékenyíthető lesz a terápiával szemben. Azonban a laborkísérletekben roppant ígéretesnek látszó P-gp-gátlószerek a klinikai vizsgálatokban rendre kudarcot vallottak, méghozzá elsősorban a kemoterápia és a P-gp-gátlók együttes alkalmazása során jelentkező tolerálhatatlan mellékhatások miatt.

A P-gp-gátló stratégia klinikai sikertelensége számos tényezőre vezethető vissza; ezek közül az egyik könnyen belátható a pumpafehérje élettani funkciójához kötődik. A P-gp több egészséges szövetben is jelen van, ahol a szervezet mérgekkel szembeni védelmét szolgálja. Őrködik a bélhámban, hogy megakadályozza az esetleges méreganyagok felszívódását; dolgozik a májban és a vesében, hogy a mégis bejutott mérgeket a székletbe és a vizeletbe száműzze; és további szoros védelmi vonalat képez az ún. vér-szövet gátakon – főleg az agy és a here hajszálereinek falában – e különösen sérülékeny szövetek megóvására. A P-gp-gátlószerek hatására tehát a velük együtt adott rákellenes szerek nemcsak a daganatsejtekbe jutnak be könnyebben, de eleve nagyobb mennyiségben szívódnak fel a vérbe, onnan pedig akadálytalanul behatolnak az érzékeny ép szövetekbe, és súlyosan károsítják azokat.

Nem legyőzni, megelőzni

E kijózanító tapasztalatok nyomán világossá vált, hogy a kemorezisztencia leküzdése helyett inkább annak megelőzésére kell helyezni a hangsúlyt. Ehhez viszont még alaposabban meg kell érteni a P-gp működéséhez köthető rezisztencia kialakulásának mechanizmusát – amivel el is érkeztünk Szakács és munkatársainak kutatási területéhez.

„A terápiarezisztencia jelenségének modellezésére többféle lehetőség létezik. A legegyszerűbb modellben rákos sejteket tenyésztünk, és a kezelésben is használt kemoterápiás szereket egyre emelkedő koncentrációban adjuk hozzájuk, mindig ügyelve arra, hogy ne pusztítsuk el rögtön az összes sejtet. Így lehetőséget adunk nekik a túlélésre, és megvizsgáljuk, hogy a modellezett kezelést túlélő sejtek miben különböznek a kezdetben érzékeny társaiktól – magyarázza Szakács. – Egyfajta miniszelekciót hajtunk végre a laboratóriumban, és megpróbáljuk ellesni a tumorsejtek trükkjeit, hogy miként veszik fel a versenyt a különböző kemoterápiás szerekkel szemben. Valószínűleg ez történik az emberi szervezetben is: ott is egyfajta szelekció zajlik le a terápia során, és ha a kezelés el is pusztítja a rákos sejtek 99 százalékát, a maradék egy százalék, amely túléli a terápiát, előbb-utóbb felnő és újranépesíti azt a teret, amelyet a rák elfoglalt magának. Ráadásul a tumorsejteknek ez az egy százaléknyi túlélőből származó utódnemzedéke már ellenálló lehet a terápiával szemben.”

Sajnos amilyen könnyen kezelhetőek a műanyag flaskában, laboratóriumi körülmények között növesztett tumorsejtek, annyira megtévesztőek a velük nyert eredmények – figyelmeztet Szakács. A sejtkultúrának nincsenek erei, mája, veséje, mint egy igazi szervezetnek; ráadásul a P-gp mennyisége ezekben a mesterségesen szelektált tumorsejt-vonalakban több százszorosa lehet annak, amit egy valódi gyógyszerrezisztens daganatban mérhetünk. Összességében ezért a sejtkultúrás modellek nem sokat árulnak el a rezisztencia valódi természetéről.

„Legutóbbi munkánkban rámutattunk arra, hogy az in vitro kapott eredmények gyakran nem feleltethetőek meg a betegekben látott rezisztencia-mechanizmusoknak. Ahhoz, hogy a betegek számára is releváns információt nyerjünk, egy komplikáltabb állatmodellt kellett bevezetnünk, ahol genetikailag módosított egerekben fejlődő emlőtumorokat vizsgálunk” – mondta el a kutató.

Egérmodellben visszajátszható a rezisztencia kialakulása

A kísérletekben olyan génmódosított egereket használtak, amelyekben a normálisnál jóval nagyobb valószínűséggel – gyakorlatilag 100 százalék gyakorisággal – alakul ki mellrák, mert az emlőszövetükből hiányzik két, a daganatos burjánzás elleni védekezésben alapvető szerepet játszó fehérje. Az így kifejlődő rosszindulatú melldaganatokat aztán génmódosítás nélküli egerek emlőszövetébe ültetik át, hogy kiküszöböljék a génmódosítás további befolyását, és a tumorhordozó egereket olyasféle módon kezelik, mintha emlőrákos nők volnának.

Az emberi emlőrák kezelésében használt egyik leggyakoribb kemoterápiás szer a doxorubicin. Ez az eredetileg baktériumokból izolált vegyület a sejtosztódáskor megkettőződő DNS-t károsítja. A doxorubicin a kezelés kezdetén általában hatékony, ám sok más szerhez hasonlóan idővel rezisztenciát vált ki: a daganatsejtek a P-gp túltermelése, s ezáltal a doxorubicin kipumpálása révén érzéketlenné válnak a gyógyszer terápiás dózisára. Mivel az adag emelése az egyre súlyosbodó mellékhatások miatt nem lehetséges, a rezisztenssé vált daganat újból növekedésnek indul, és vele szemben ilyenkor már nemcsak a doxorubicin, hanem az összes többi, P-gp által kipumpálható gyógyszer is hatástalan.

Mennyit számít a csomagolás!

A doxorubicinnak használatos a klinikumban egy módosított formája is, amely a hatóanyag „csomagolásának” – gyógyszerész szóval élve: formulázásának – módjában különbözik a hagyományostól. A PEGilált liposzomális doxorubicin, röviden PLD az eredeti gyógyszer olyan sajátos változata, amelyben a gyógyszermolekulákat először nanoméretű lipid-gyöngyöcskékbe – liposzómákba – zárják, majd a liposzómákat a polietilén-glikol (PEG) nevű szintetikus polimer rétegével vonják be. A PEG-burkolat meghosszabbítja a gyógyszer keringésben töltött életidejét, a lipidréteg-bevonat pedig egyes elméletek szerint akadályozza a P-gp-t a doxorubicin kipumpálásában. Emellett a PLD az ép szövetek kapillárisaiból kevésbé hajlamos kiszivárogni, mint a daganatok viszonylag áteresztő hajszálereiből, ezért mintegy passzív módon halmozódik a daganatban, és néhány szövet (pl. a kéz és a láb bőre) kivételével megkíméli a szervezet többi részét. Mindezen kedvező tulajdonságainak köszönhetően a PLD alkalmazásával a tumorsejtekben sokszorta magasabb doxorubicin-koncentráció érhető el, mint a csomagolatlan doxorubicin adagolásával.

Szakácsék kísérleteikben azt bizonyították, hogy a PLD nemcsak a fentebb vázolt előnyös farmakokinetikai (gyógyszer-célbajutási) tulajdonságokkal rendelkezik, de használatával a rezisztencia kialakulása is megelőzhető lehet, sőt, bizonyos mértékig képes a már kialakult rezisztencia visszafordítására is.

Háromszor hosszabb túlélés

A génmódosított egerekben spontán kifejlődő, majd ép egerekbe átoltott agresszív emlődaganatok kezelés hiányában alig több mint egy hét alatt elérték azt a méretet, amely már összeegyeztethetetlen volt az élettel. A hagyományos doxorubicinnal való kezelés a daganatok növekedését eleinte megakadályozta, ám – amint arra számítani lehetett – a tumorok idővel rezisztenssé váltak a szerrel szemben, és 60 napon belül valamennyi egérben újból növekedésnek indultak, így a doxorubicin-kezelt egereknél átlagosan 49.5 napos túlélést lehetett elérni. A „csomagolt” doxorubicin ezzel szemben 10 daganatból 8 esetében a kísérlet teljes időtartamára visszaszorította a daganat növekedését, ami átlagosan 151.5 napot, a leghosszabban túlélő egér esetében pedig 247 napot jelentett. A kezelési epizódok után rendszerint ezek a tumorok is újból nőni kezdtek, de a PLD ismételt adására többedik alkalommal is válaszoltak, ami egyértelműen a rezisztencia kialakulásának elmaradására utalt. A rezisztenssé vált daganatot hordozó két állat kivételével a többieket végül nem is a tumor növekedése, hanem a magas dózisú kezelés halmozódó mellékhatásai miatt kellett elaltatni.

Talán még ennél is figyelemre méltóbb az, hogy amikor a doxorubicinnal kezelt és arra már ellenállóvá vált daganatokat továbboltották újabb befogadó egerekbe, ezek a doxorubicin-rezisztens tumorok a második kezelési vonalban adott PLD-vel még hónapokig kordában tarthatóak voltak. Míg az újbóli doxorubicin-kezelés ezekre a tumorokra nézve értelemszerűen hatástalan volt (csupán 27 napos átlagos túlélést eredményezett), a másodvonalbeli PLD-kezelés mintegy áttörte a doxorubicin-rezisztenciát, és megfékezte a daganatok növekedését: az így kezelt 8 állat átlagosan 142, legfeljebb 200 napig élt túl, és egy kivétellel megint csak nem a rák, hanem a mellékhatások súlyosbodása miatt kellett véget vetni a kísérletnek. Ez a jelenség különösen annak fényében érdekes, hogy a PLD hatóanyaga, ha másképp formulázva is, végső soron mégiscsak ugyanaz a doxorubicin. A magyarázat abban rejlik, hogy a PLD-vel jóval magasabb doxorubicin-koncentráció érhető el a sejteken belül, s ennek túléléséhez a ráksejteknek sokkal több P-gp-t kell termelniük. Ilyen fokú P-gp-termelésre az első vonalban kezelt 10 daganatból csak kettő, a másodvonalban kezelt 8-ból pedig csak egy volt képes.

Új remény a melldaganatos nőknek

A megfigyelések összességében arra utalnak, hogy az emberi emlőrákokat doxorubicin helyett eleve PLD-vel kezelve a rezisztencia kialakulása megelőzhető lehet, illetve a doxorubicinnal kezelt és arra ellenállóvá vált daganatok a kezelés második vonalában adott PLD-vel egy ideig még hatékonyan féken tarthatók lehetnek. Mindez jelentős pozitív hatással lehet az emlőrákkal kezelt nők életkilátásaira. „Eredményünk arra irányította rá a figyelmet, hogy szemben a korábbi megközelítéssel, ahol a már kialakult rezisztencia gátlására helyeztük a hangsúlyt, inkább a rezisztencia megelőzésére kellene gondolnunk: olyan terápiás protokollokat kellene kidolgoznunk, amelyek megelőzik, vagy legalább időben kitolják a tumorsejteket a terápiával szemben megvédő mechanizmusok megjelenését” – foglalta össze Szakács.

A kutatócsoport munkájának másik vonulata egyébként – egyáltalán nem mellékes módon – a terápiarezisztens ráksejtek szelektív károsításával kapcsolatos: olyan vegyületekkel kísérleteznek, amelyek éppen a legtöbb P-gp-t működtető tumorsejteket támadják a leginkább.

Szakácsék abban reménykednek, hogy ha a két megközelítést – a terápiarezisztencia kialakulásának megelőzését, illetve a mégis rezisztenssé váló daganatok sérülékenységének kihasználását – egyszer majd kombinálni lehet, akkor a rák krónikus betegséggé válik, amellyel a diagnózist követően még hosszú évtizedekig elélhetnek a betegek.