Hoidosta parantamiseen

Transkriptio

1 Kirmo Wartiovaara ja Timo Otonkoski Hoidosta parantamiseen Sairaudet johtuvat yleensä solujen virheellisestä toiminnasta, ja esimerkiksi lääkkeet perustuvat solujen toiminnan muokkaamiseen. Geeni- ja kantasoluteknologioiden parantuessa on tullut mahdolliseksi kehittää hoitoja, jotka voivat kertaheitolla tuottaa viallisiin kudoksiin hyvin toimivia soluja, jolloin voidaan puhua parantavasta hoidosta. Parempi ymmärrys eri sairauksien syntymekanismeista auttaa yksilöllistämään hoitoja ja tarjoaa tulevaisuudessa lisääntyvästi mahdollisuuksia parantavaan hoitoon. KAAPON SAIRAUS huomattiin hänen yksivuotispäivänään 2020, ja hänen saamansa Hurlerin oireyhtymän diagnoosi oli kauhistus. Perhe oli murheen murtama, koska kyseessä on erittäin vakava tauti, joka muuttaa muun muassa ulkonäköä ja luustoa sekä aiheuttaa vähitellen kuolemaan asti etenevän neurologisen rappeuman. Hurlerin oireyhtymä eli mukopolysakkaridoosi I (OMIM NRO ) johtuu peittyvästi periytyvänä siitä, että Kaapon molemmat vanhemmat olivat tietämättään geenivirheen oireettomia kantajia. Sattuman oikusta Kaapo oli saanut molemmilta vanhemmiltaan toimimattoman geenikopion, mikä johtaisi haitallisen glukosamiiniglykosidin kertymiseen hänen soluihinsa. Korvaushoitoa olisi saatavilla, mutta tuhansien eurojen hinnasta huolimatta viikoittainen infuusio ei parhaan tiedon mukaan silti pystyisi pitämään Kaapoa terveenä. Kaapon sairastuminen huoletti myös Suomen pienimmän sote-alueen johtaja Korhosta. Kireälle vedetty budjetti ei olisi tarvinnut enää yhtään satojen tuhansien kulua tietävää entsyymikorvaushoitoa saavaa potilasta. Vaikka valtio oli luvannut hoitaa terveyskulujen maksut, sairaanhoitoalueilta vaadittiin priorisointisuunnitelmia, jotta rahat riittäisivät. Korhonen vaati suunnitelmia lääkäreiltä ja esitti niitä poliitikoille, jotka keskustelivat asioista ja tärkeysjärjestyksistä, joihin tuntui välillä vaikuttavan enemmän politiikka ja näkyvyys kuin lääketieteellinen asiantuntemus. Korhosen tehtävä oli vaikea tasapainoilu rahojen ja toiminnan suunnittelun välimaastossa. Joulun odotus sai tummia sävyjä. VIISAS JOULUPUKKI. Joulupukki oli nähnyt monien lasten ja aikuisten sairastuvan erilaisiin perinnöllisiin tauteihin. Viime vuosisadan alussa hän oli kuullut herra Garrodin keksineen perinnöllisyyden merkityksen mustaluusairauden eli alkaptonurian synnyssä (1). Tiedon lisääntyessä yhä useammat traagiset tapaukset osoittautuivat perinnöllisiksi. Synnynnäisesti geneettisesti sairaita ihmisiä oli Joulupukin listoilla valtava määrä, tälläkin hetkellä jopa 400 miljoonaa. Syyt olivat moninaisia, sillä tunnistettuja yhden geenin tauteja oli yli Suuri osa taudeista oli harvinaisia, mutta jotkut todella yleisiä kuten eräät hemoglobiinisairaudet, joita potevia oli maailmassa kymmeniä tai satoja miljoonia. Jo kauan sitten Joulupukki oli ymmärtänyt, että voidakseen antaa todella hyviä joululahjoja, iso osa vuotuisista pajan resursseista pitää laittaa tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Ilman sen tarkempaa innovaatioajatusta hän oli aloittanut ponnistelut perustavanlaatuisen tiedon etsimiseksi. Iso tonttuarmeija ahersi eri puolilla selvittämässä, kuinka solut toimivat. Samalla saatiin selityksiä sille, miksi toisten lasten solut eivät toimineet samalla lailla kun muiden. Tasainen kehitys loi uskoa siihen, että jonain päivänä perinnöllisiä sairauksia voitaisiin hoitaa ja jopa parantaa. JOULULAHJA VUONNA Suomessa lääkärit pohtivat Kaapon asiaa. Hurlerin oireyhtymää voitaisiin hoitaa luuytimen siirrolla, jossa Kaapolle annettaisiin hematopoieettisia kantasoluja, joissa tarvittavan entsyymin geeni olisi toimiva. Pahaksi onneksi luovuttajaa ei ollut löytynyt. Kaapon terve isosiskokaan ei ollut kudostyypiltään sopiva. Isosisko oli onneksi kuitenkin tiedustellut tällaista lahjaa Joulupukilta. Tämä oli onnenpotku, sillä Joulupukki tiesi, että Yhdysvaltojen länsirannikon toimipisteessä oli edetty niin pitkälle, että Hurlerin tautia sairastaville potilaille voitiin aikaansaada entsyymiä tuottavia soluja viruksen tekemällä geenimuokkauksella. Potilaskokeet olivat käynnistyneet vuonna 2016 ( koenumero NCT ), ja nyt osattiin jo annostella sopiva määrä hoitovektoria 2221 Duodecim 2016;132:2221 6

2 turvallisesti ja tehokkaasti. Joulupukin paja oli julkaissut kliinisten kokeiden tulokset ja lääkettä oli juuri tullut markkinoille. Kallistahan se olisi, mutta sentään halpaa verrattuna jatkuvaan korvaushoitoon, joten johtaja Korhonenkin innostui asiasta. Kaapo sai viruslääkettä laskimoon, mikä muokkasi kerralla yhden prosentin hänen maksasoluistaan sellaisiksi, että ne tuottivat normaalia entsyymiä. Muuta hoitoa ei enää tarvittu ja Kaapon, perheen ja Korhosen joulu oli pelastettu. Hoidosta parantamiseen Lähes kaikki taudit johtuvat solujen huonosta toiminnasta. Biologisesti ajateltuna ihminen ja muutkin eliöt ovat oikeastaan vain kokoelma soluja, jotka osaavat toimia yhdessä. Kaikkea biologiaa säätelee solujen sisäinen ohjeistus eli genomi, joka osaa reagoida ympäristön antamiin ärsykkeisiin. Aina silloin tällöin geeneissä on virheitä: yksi tai useampia, hankinnaisia tai synnynnäisiä (2). Tauteja hoidettaessa muutamme yleensä ympäristöä esimerkiksi antamalla lääkkeitä, mutta toinen vaihtoehto on muuttaa itse soluja. Voimme vaihtaa solut toisiin tai jopa muokata solujen sisäisiä ohjeita, sillä olemme oppineet muuttamaan elävien solujen genomia. Mikäli solut ovat alun alkaen kehittyneet poikkeavasti ja kudosten rakenne ja järjestäytynyt toiminta ovat pielessä, vahinkoa on vaikea korjata, mutta jatkuvasti uusiutuvissa soluissa tai edellä kuvatun esimerkin kaltaisessa entsyymipuutoksessa virhe voi olla korjattavissa jälkeenpäin. Aivojen rakenteellinen kehityshäiriö on todennäköisesti bioinsinöörien korjauksen ulottumattomissa, mutta melko moneen sairauteen voisi kuvitella parannuskeinon löytyvän tuomalla kudoksiin toimivia soluja tai muuttamalla niissä olevien solujen toimintaa pysyvästi geeniterapialla. Kantasoluhoidot Kudosten vanhentuessa niissä olevat solut rappeutuvat ja menettävät kykynsä toimia tai karsiutuvat pois. Kantasolulääketieteen ajatus on paikata viallisten kudosten arkkitehtuuria uusilla rakennuselementeillä. Pääperiaatteita on Moni sairaus voidaan parantaa korjaamalla tai korvaamalla tautia aiheuttavat solut. kaksi: tehostetaan kudosten omien kantasolujen toimintaa tai siirretään paikalle uusia kantasoluja tai niistä kehitettyjä toimivia soluja. Monia kudoskantasoluja osataan viljellä ja jotain tiedetään myös niistä tekijöistä, joilla ne voivat mahdollisimman hyvin. Esimerkkejä paikalla olevien solujen hyvinvoinnin tai toiminnan lisäämisestä on olemassa jo kliinisessä käytössä, kuten esimerkiksi kasvutekijöiden käyttö veren valkosolujen lisäämiseksi. Samoin niinkin yksinkertainen hoito kuin liikunnan lisääminen voi toimia kantasoluvaikutuksen kautta, sillä hippokampuksen neurogeneesi kantasoluista kiihtyy fyysisen aktiivisuuden lisäämisestä (3) ehkä tämäkin osaltaan vaikuttaa masennuksen hoidossa? Luuytimen hematopoieettisten solujen siirto lienee paras esimerkki parantavasta kantasolusiirrosta, mutta muissakin kudoksissa uusien kudoskantasolujen istuttaminen voi toimia. Muun muassa ruotsalaiskollegat ovat tutkineet sikiön siirrettyjen hermokantasolujen käyttöä degeneratiivisten aivotautien hoidossa, ja näyttäisi siltä, että hoidolla on vaikutusta (4). Myös mesenkymaalisten kantasolujen avulla on onnistuttu hoitamaan lukuisia eri ongelmia, kuten nivelten kulumia ja luupuutoksia sekä sydämen vajaatoimintaa (5,6). Eräiden kudoskantasolujen viljely siis onnistuu, mutta esimerkiksi hematopoieettisia kantasoluja ei vieläkään pystytä tehokkaasti kasvattamaan laboratoriossa. Sen sijaan monikykyiset alkion kantasolut (ES-solut) kasvavat ikuisesti, ja niitä osataan erilaistaa moneen suuntaan. Samoin indusoidut monikykyiset kantasolut eli ips-solut ovat kymmenen vuoden olemassaolonsa aikana osoittautuneet todella potentiaalisiksi moniin käyttötarkoituksiin (7). Japaniin perustetussa ipskantasolukeskuksessa ( ac.jp/e/) esiteltiin tänä vuonna tuloksia, joissa ips-soluja oli käytetty muun muassa sydämen, maksan, keuhkojen, suoliston, ihon, haiman, aivojen, veren, luun, ruston, verkkokalvon ja erilaisia liukoisia tekijöitä tuottavien solujen toiminnan korvaajina tai tehostajina. ES- tai K. Wartiovaara ja T. Otonkoski 2222

3 ips-soluja käyttävät kliiniset kokeet ovat käynnissä ainakin selkäydinvaurion, sydämen vajaatoiminnan, diabeteksen ja verkkokalvorappeuman hoidossa. Kokeiden tuloksista ei ole vielä julkaisuja. Solujen geneettinen hoito Toinen tapa saada kudoksiin toimivia soluja on muuttaa paikalla jo olevien solujen käyttäytymistä vaikuttamalla niiden geenien sisältämiin toimintaohjeisiin. Farmakologiset ja muut tilapäiset keinot ovat toimiessaan erinomaisen käyttökelpoisia, mutta toimivan geenin lisääminen tai olemassa olevan geenin hienovaraisempi muuntelu voi saada aikaan pysyvän paranemisen. Varsinkin monogeenisissa sairauksissa tämä on helposti ymmärrettävissä: kun geenivirhe on korjattu, taudin perimmäinen syy poistuu. Toisaalta on myös mahdollista muokata terveiden solujen perimää hoidollisesti, mistä on esimerkki jäljempänä. Perinnöllisiä tauteja on hoidettu geeninsiirrolla muutamia vuosikymmeniä. Ensimmäiset, eettisesti ja lääketieteellisesti kyseenalaiset geeninsiirtohoidot tehtiin 1980-luvulla talassemiapotilaille (8) luvulla alkaneet immuunipuutosten hoitoon tähdänneet kokeet edustavat monille ensimmäistä kunnollista geeniterapialla tehtyä parannusyritystä (9). Osa potilaista paranikin ja pääsi pois tiukasta infektioeristyksestä. Kokeet jouduttiin kuitenkin keskeyttämään siirron osoittauduttua syöpävaaralliseksi. Toinen takaisku oli tutkimuspotilaan kuolema vuonna 1999, mikä sai varsinkin Yhdysvalloissa valtavasti huomiota ja esti hoitokokeiden etenemisen vuosien ajan (10). Alkuvaikeuksista on opittu paljon. ADA-geenin korjaus immuunipuutoksessa on osoittautunut sittemmin turvalliseksi, ja parantava hoito on tehokasta (11). Geeninsiirtovektorit ovat kehittyneet ja tulevaisuudessa genomin muokkaus ips-soluissa tuo uusia mahdollisuuksia toteuttaa yksilöllistettyjä soluhoitoja. Kokeiden lupamenettely on parantunut huimasti. Haittapuolena tästä on ollut se, että potilaskokeiden hinta on karannut pilviin, eikä ainakaan pienillä yrityksillä ole ollut taloudellisia mahdollisuuksia kehittää hoitoja. Euroopassa on rekisteröity vasta yksi geeniterapiavalmiste. Määrä saattaa tänä vuonna kasvaa sadalla prosentilla, sillä ADA-geenin sisältävä lääke (Strimvelis) on saanut positiivisen arvion Euroopan lääkevirasto EMA:lta, ja myyntilupa odotetaan hyväksyttäväksi piakkoin. Geenilääkkeiden määrä on silti mikroskooppisen pieni verrattuna siihen, että rekisteröityjä hoitokokeita on tehty jo kohta kahdella tuhannella eri valmisteella. Viranomaiset ovat usein asettaneet absoluuttisen turvallisuuden ensisijaiseksi päämääräksi, mistä monet vaikeasti sairaita potilaita hoitavat kollegat ovat olleet huolissaan. Geenimuokkaus Geeninsiirron kliinisen käytön ja viranomaistoiminnan kehittymistä odotellessa perustutkijat eivät ole pysähtyneet vaan luoneet yhä tarkempia ja mahdollisesti turvallisempia tapoja nikkaroida geenien toimintaa. Ensimmäinen sukupolvi tarkoista geenityökaluista muodostuu suunnitelluista proteiineista, jotka hakeutuvat määrättyyn DNA:n kohtaan ja sitoutuvat siihen (12). Kun oikea kohde on identifioitu, proteiini voi suorittaa sen muokkauksen. Tällaisia proteiineja ovat meganukleaasit, sinkkisormi- (ZFN) ja TALE-nukleaasit. Näistä ZFNproteiinit ovat pisimmällä hoitokokeissa, ja niiden lippulaivana toimii koe, jossa poistetaan potilaan soluista HI-viruksen reseptorigeeni (13). Viimeisin kuulemamme tieto on, että hoidettuja potilaita on satakunta, joista lähes kaikilla on saatu tilapäinen vaste ja muutamilta on voitu lopettaa lääkitys kokonaan virustitte rien kadottua mittaamattomiin. Jos pitkäaikaistulokset näyttävät yhtä hyviltä, voitaneen puhua paranemisesta. HIV:n hoidon lisäksi kliiniset kokeet ovat alkamassa kertymätautien parantamiseksi, ja perinnölliset veritaudit, kuten sirppisoluanemia seurannevat nopeaan tahtiin. Uusin tulokas geenimuokkauksen työkalupakissa on CRISPR-Cas9-niminen yhdistelmä, jossa DNA-spesifisenä osana on RNA-molekyyli. Ohjaus-RNA sitoutuu tarkasti haluttuun kohteeseen ja Cas9-proteiini huolehtii DNA:n muokkauksesta (14). Muokkausvaihtoehtoja on useita: voidaan poistaa tai lisätä suunniteltu sekvenssi, hiljentää tai aktivoida haluttu geeni Hoidosta parantamiseen

4 1. Terve solu kokkaa DNA-ohje 2. Sairas solu ei kokkaa DNA-virhe 3a. Hoito 3b. Parantaminen 1 2 Annetaan tarvittavia ainesosia sopivina annososina kokkausta varten tai haetaan noutoruokaa (lääkehoito) Ma Ti Ke To Pe jne... Palkataan uusi kokki (tehdään soluhoito) Korjataan DNA-virhe Jouluhenkinen vertaus solun toiminnasta puuroa keittävänä kokkina. Solu lukee DNA:ssaan olevaa reseptiä ja käyttää olemassa olevia raaka-aineita haluttua lopputuotetta valmistaessaan. Jos DNA-ohje on viallinen tai solu ei enää jaksa kannatella painavaa riisisäkkiä, puuron keitto ei onnistu. Hoito tarkoittaa asian korjaamista tilapäisesti tuomalla paikalle korvaavia valmistusainetta tai lopputuotetta. Näitä joudutaan annostelemaan yleensä päivittäin. Parantuminen voidaan aikaansaada vaihtamalla paikalle terve solu tai korjaamalla solun käyttämä DNA-resepti. K. Wartiovaara ja T. Otonkoski 2224

5 Mahdollisuudet ovat rajattomat, joskin toki jotkut asiat ovat helpompia toteuttaa kuin toiset. Tässä vaiheessa CRISPR-Cas9 on perustutkimuksen työkalu, mutta toiveikkaimmat yritykset arvioivat aloittavansa ensimmäiset kliiniset kokeet jo vuonna 2017 ( com). Paradigman muutos Jos nyt käynnistetyt ja suunnitellut kokeet osoittautuvat tehokkaiksi ja turvallisiksi, tulemme näkemään tulevaisuudessa monia menestystarinoita. Eläinkokeilla on osoitettu kantasoluhoitojen, genomin muokkauksen ja näiden yhdistelmien olevan tehokkaita monissa taudeissa. Verkkokalvon rappeumaa, sydämen ja maksan vajaatoimintaa ja insuliininpuutosdiabetesta voitaisiin ehkä hoitaa kantasoluhoidoilla. Näissä tapauksissa kyse on enemmän hoitamisesta kuin parantamisesta. Monogeenisten tautien kohdalla hoidon muuttuminen parantamiseksi on pitkälti kiinni kudosten uusiutumiskyvystä: jos viallinen geeni saadaan korjatuksi, veritauti voi parantua helpostikin, mutta esimerkiksi Duchennen lihasdystrofia tai kystinen fibroosi ovat jo huomattavasti vaikeampia, koska kohdekudosten uusiutuminen on vähäistä. Näissäkin sairauksissa on kuitenkin saatu lupaavia tuloksia eläinkokeista, mutta hoidon parantava teho riippuu siitä, kuinka hoitavat vektorit saadaan toimitetuksi riittävän laajasti soluihin, jotka eivät jatkuvasti jakaudu. Optimistisesti ajatellen tämä on kuitenkin tekninen kysymys, johon voi odottaa uusia keksintöjä. Geenimuokkauksella voitaisiin parantaa perinnöllinen tauti ennen kuin se edes puhkeaa. Tämä voi teoriassa onnistua myös ihmisalkiossa, jolloin yksilön myöhemmin hoitoa vaativa tilanne olisi korjattu jo etukäteen. Alkion soluja hoitamalla parannettaisiin tulevan potilaan ohella myös kaikki hänen jälkeläisensä, sillä myös sukusolujen geenit olisi muutettu. Tällainen toiminta on useimmissa maissa nyt selkeästi kiellettyä, mutta tekniikoiden kehittyessä tilanne voi myöhemmin muuttua (15,16). Silloin parantaminen saattaa saada merkityksiä, jotka eivät enää tarkoita pelkästään tautien syyn korjaamista, vaan koko yksilön biologian muuttamista haluttuun suuntaan. Onko tällainen kehitys sitten toivottavaa vai ei, jääköön itse kunkin pohdittavaksi. Geeni- ja soluhoitoihin liittyy helposti ajatus elitismistä. Suurella rahalla hoidetaan muutama rikkaan yhteiskunnan etuoikeutettu jäsen sen sijaan, että resurssit pistettäisiin kansantauteihin ja kolmannen maailman ongelmiin. Vaikka harvinaisten sairauksien geeniterapialla ei kansanterveydellistä merkitystä olisikaan, ei mielestämme mikään estä sitä, etteivätkö nämä hoitomuodot ketsuppipullon auettua voisi yleistyä laajasti. Sekä inhimillisen kärsimyksen että kokonaiskustannusten kannalta olisi varmasti parempi hoitaa sairauden aiheuttanut syy, ennen kuin peruuttamattomia kudosvaurioita on syntynyt. Kokemuksen karttuessa on hyvin ajateltavissa, että geeni- ja soluhoidot voivat tulla osaksi hoitoarsenaalia myös yleisemmissä sairauksissa, joihin ei tehokkaita lääkehoitoja ole tarjolla. Erityisen merkityksellistä on tällöin tunnistaa potilaan yksilöllinen geneettinen sairauden alatyyppi, oli sitten kyse vaikkapa verenpainetaudista, metabolisesta oireyhtymästä, dementiasta tai syövästä. Jokainen näitä potilaita hoitava lääkäri saa tällöin lisääntyvästi kokea tyydytystä voidessaan tarjota potilaalleen räätälöityä tehokasta hoitoa. Luultavasti hoidot jatkossakin tulevat olemaan pitkälti elämäntapaohjausta ja perinteisiä lääkehoitoja, mutta jo lähiaikoina saattaa käytössämme olla myös sairauden perussyyhyn puuttuvia parannuskeinoja. KIRMO WARTIOVAARA, LT, dosentti HUSLAB, Kliininen genetiikka ja Tutkimusohjelmayksikkö, molekyylineurologia Helsingin yliopisto TIMO OTONKOSKI, professori, ylilääkäri Tutkimusohjelmayksikkö, molekyylineurologia ja lastentautien osasto, Clinicum Helsingin yliopisto ja HYKS Lastenklinikka SIDONNAISUUDET Kirmo Wartiovaara: Ei sidonnaisuuksia Timo Otonkoski: Luentopalkkio (MSD) 2225 Hoidosta parantamiseen

6 KIRJALLISUUTTA 1. Garrod AE. The incidence of alkaptonuria: a study in chemical individuality. Lancet 1902;160: Kere J. Elämän valttikortit. Duodecim 2015;131: Kempermann G, van Praag H, Gage FH. Activity-dependent regulation of neuronal plasticity and self repair. Prog Brain Res 2000;127: Kefalopoulou Z, Politis M, Piccini P, ym. Long-term clinical outcome of fetal cell transplantation for Parkinson disease: two case reports. JAMA Neurol 2014;71: Carstairs A, Genever P. Stem cell treatment for musculoskeletal disease. Curr Opin Pharmacol 2014;16: Singh A, Singh A, Sen D. Mesenchymal stem cells in cardiac regeneration: a detailed progress report of the last 6 years ( ). Stem Cell Res Ther 2016;7: Weltner J, Trokovic R, Otonkoski T. Indusoidut pluripotentit kantasolut lääketieteellisessä tutkimuksessa. Duodecim 2014;130: Anderson WF, Fletcher JC. Sounding boards. Gene therapy in human beings: when is it ethical to begin? N Engl J Med 1980; 303: Culver KW, Osborne WR, Miller AD, ym. Correction of ADA deficiency in human T lymphocytes using retroviralmediated gene transfer. Transplant Proc 1991;23: Lehrman S. Virus treatment questioned after gene therapy death. Nature 1999;401: Aiuti A, Cattaneo F, Galimberti S, ym. Gene therapy for immunodeficiency due to adenosine deaminase deficiency. N Engl J Med 2009;360: Kim H, Kim JS. A guide to genome engineering with programmable nucleases. Nat Rev Genet 2014;15: Tebas P, Stein D, Tang WW, ym. Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med 2014;370: Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A programmable dual-rna-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 2012;337: Evitt NH, Mascharak S, and Altman RB. Human germline CRISPR-Cas modification: Toward a regulatory framework. Am J Bioeth 2015;15: Lander ES. Brave new genome. N Engl J Med 2015;373: