Uusia lähestymistapoja aivojen rappeutumistaudien hoidossa

Transkriptio

1 Uusia lähestymistapoja aivojen rappeutumistaudien hoidossa Mart Saarma, Biotekniikan Instituutti Helsingin Yliopisto

2 Aivotutkimuksen haasteita: aivojen rakenteellinen ja toiminnallinen monimutkaisuus Ihmisaivoissa on arviolta hermosolua Aivoissamme on hermosolujen välistä kytkentää! Yhdessä kuutiomillimetrissä aivokuorta on useita kilometrejä hermosolujen haarakkeita

3 Neuronit Vastaanottavat, integroivat ja signaloivat Yhdellä neuronilla voi olla jopa 10,000 kontaktia Aivoissa on neuronia; noin 100,000 erilaista neuronia Neuronit käyttävät kemikaalisia ja sähköisiä signaaleja Neuronit voivat muunnella signaaleja Muisti ja oppiminen perustuvat todennäköisesti aivojen kykyyn muunnella neuronien signaaleja ja synapsien rakennetta

4 Yksilönkehityksessä neuronit muodostavat verkostoja jotka ovat pysyviä ja joita muokataan uudelleen Neuron 1 Neuron 2 Neuron 1 fires to Neuron 2 Neuron 2 fires to Neuron 3 Neuron 4 fires to Neuron 1 Rivera et al. Saarma, Kaila, Nature, 1999 Neuron 3 fires to Neuron 4

5 Hermokasvutekijät pelastavat neuronit, jotka saavuttavat kohteen ensimmäisenä

6 Neurodegeneratiiviset sairaudet ovat vakava ongelma neuronit kuolevat Noin 2-4% väestöstä kärsii Ongelma pahenee väestön ikääntymisen myötä Asiantuntijat ennustavat, että vuoden päästä 10 % väestöstä saattaa kärsiä neurogeneratiivisista sairauksista Useimmissa tapauksissa (dementia, Alzheimer, Parkinson jne.) meiltä puuttuu tehokas hoito, joka pysäyttää neuronien rappeutumisen

7 Hermokasvutekijät Säätelevät migraatiota, erilaistumista ja hermosäikeiden kasvua Edistävät eloonjäämistä, kontrolloivat neuronien lukumäärää ja hermotuksen tiheyttä: perusta terapeuttiselle käytölle erityisesti neurodegeneratiivisissa sairauksissa Säätelevät plastisuutta ja uudistumista aikuisilla

8 Hermokasvutekijät signaloivat soluihin reseptoriensa kautta A NGF NT-3 BDNF NT-4 p75 TrkA TrkC TrkB B C GDNF NTN CNTF LIF CNTFR GFR GFR gp130 LIFR gp130 LIFR Ret Meng et al. Saarma, Sariola, Science 2000

9 GDNF-perheen ligandi-reseptori interaktiot Trupp et al., Saarma, Nature 1996 Airaksinen & Saarma 2002 Nature Rev. Neurosci.

10 Parkinsonin tauti James Parkinson: Shaking Palsy 1817 Kampavata Atreya: Caraka Samhita. Ayurveda (Science of Life) 2500 BC: (kampa=vapina, Vata=lihasliikkeiden puute Oireet: Lihasjäykkyys, vapina, masennus, uneliaisuus Hoito: Monia ehdotuksia, useat sisälsivät Mucuna pruriens kasvia. Myöhemmin todettiin siementen sisältävän L- dopa aminohappoa.

11 Vaiheet Parkinsonin taudin vastaan taistelussa Vaihe Periaate Hoitokeino Vaatii syy- yhteyksien ymmärt rtämistä 1 Hävinneiden trans- mittereiden korvaus 2 Tuhoutuneiden neuronien korvaus 3 Vahigoittuneiden neuronien pelasta- minen 4 Taudin kehityksen esto L-dopa muut lääkkeet solusiirrot Hermokasvu- tekijän kuljetus

12 GDNF on proteiini annosteltava suoraan aivoihin akuutisti injektiona / infuusiona krooninen infuusio muokatut solut geeninsiirto annostelu Caudate Putameniin saa aikaan dopamiinisolujen haarautumista sprouting

13 Miten geeniterapiaa voidaan käyttää GDNF:n tai NRTN:n kuljettamisessa Parkinsonin tauti-potilaan aivoihin? Viral vectors Naked cells Encapsulated cells Pump Courtesy of Patrick Aebischer

14 Kliininen koe I vuonna1998: Intraventrikulaarinen GDNF:n insfuusio (Nutt et al. 2003) 50 potilasta; blacepo (n=12), vaihtelevat annokset GDNF:ää ( mikrogrammaa) satunnaistettu, kaksoissokko (8 kuukautta), avoin 20 kuukauteen saakka ei parannusta UPDRS motor score:ssa Haittavaikutukset yleisiä: esim. harhatuntemukset, pahoinvointi, laihtuminen GDNF ei saavuttanut putamenia eikä substantia nigraa

15 Pumppujen implantaatio GDNF:n jatkuva infuusio mikrogrammaa/päivä Minipumppu asennettiin ihon alle. Ohut putki laitettiin ihon alle ja yhdistettin putamenissa sijaitsevaan kateteriin. Pumput kytkettiin päälle ja GDNF:ää ruiskutettiin suoraan aivoihin. Gill et al, Nature Medicine, 2003

16 Kliininen koe II: GDNF:n Aivojensisäinen infuusio (Gill et al. 2003) 5 potilasta, avoin tutkimus uni- ja bilateraali putamensissa; vähäiset sivuvaikutukset UPDRS totaali -48%, UPDRS motor -39% 2 v PET-FD ulosotto +28% katetrin kärjestä Dopamiinin vapautumisen stimulointi? Neuronien suojaus? Hermosäikeiden kasvaminen?

17 Kliininen koe III: GDNF:n aivojensisäinen infuusio (Amgen-tutkimus; julkaisematon) 34 potilasta; GDNF:n kuljetus (n=17), (15 mikrogrammaa/päivää) kumpaankin putameniin; satunnaistettu, kaksoissokko 6 kuukautta ei oireellista parannusta placeboon verrattuna PET-FD:n oton lisäys katetrin kärjestä GDNF:n vasta-aineiden neutralointi kahdella potilaalla (5/49 kaikista tapauksista), vasta-aineiden lyhytaikainen sitominen tai muuttuminen neutraloiviksi

18 Muita lähestymistapoja Uusia hermokasvutekijöitä Pieniä molekyylejä, jotka matkivat hermokasvutekijöitä Uusia kuljetusmetodeja Tekijöitä ja molekyylejä, jotka indusoivat hermokasvutekijöiden endogeenistä synteesiä Soluterapia Kantasolut

19 Nisäkkäiden CDNF & MANF proteiinit ovat säilyneet evoluutiossa ja muodostavat uuden kasvutekijöiden perheen C Mature protein Human MANF Pre Human CDNF Pre Lindholm et al. Saarma, Nature, 2007

20 CDNF ruiskutetaan striatumiin 6 tuntia ennen 6-OHDA:aa Striatum Modified from: Kirik et al., Nature Neuroscience; 7, , 2004

21 6-OHDA vaurion kehitys Björklund et al., Neurobiology of Disease 4; , 1997

22 CDNF suojelee dopaminergisiä neuroneja rotan 6-OHDA mallissa A B C TH- stained striatal sections. A, vehicle and 6-OHDA-treated rat B, GDNF (10 µg) and 6-OHDA treated rat C, CDNF (10 µg)+ 6-OHDA-treated rat. 6-OHDA lesion is on the left side

23 CDNF stimuloi säikeiden kasvua striatumin dopamiini- neuroneissa 6-OHDA neuroprotektiokokeessa 100 Density of striatal TH-IR fibers (% of control side) *** *** 0 Lindholm et al. Saarma, 2007, Nature

24 Korjaako GDNF nigrostriatalin dopaminergistä systemiä?

25 CDNF:llä on neurorestoratiivistä vaikutusta STUDIES OF NEURORESTORATION Cumulative Ipsilateral rotations / 120 min * 6-OHDA + VEH 6-OHDA + GDNF 6-OHDA + CDNF Week At 8 weeks postlesion * P<0,05 in comparison with control group (6-OHDA + VEH) (one way ANOVA) Lindholm et al. Saarma, 2007, Nature

26 CDNF pelastaa dopaminergisiä neuroneja 6- OHDA-neurorestoratiivikokeessa T H -p o s itiv e c e lls in SN pc (% of control ) VEH GDNF CDNF 0

27 Johtopäätöksiä CDNF on evoluutiossa säilynyt proteiini, joka yhdessä MANF:n kanssa muodostaa uudenlaisen hermokasvutekijäperheen CDNF on eniten tunnettu CNS-spesifinen hermokasvutekijä, jolla ei käytännöllisesti katsoen ole vaikutusta PNS-neuroneihin CDNF suojaa dopaminergisiä neuroneja 6-OHDA vauriota vastaan in vivo mahdollisesti paremmin kuin mikään muu tunnettu proteiini CDNF:llä on neurorestoratiivisiä vaikutksia in vivo ja CDNF korjaa dopaminergistä systeemiä nigrostriatalissa