Syöpälääkkeiden haasteet ja näkymät

Transkriptio

1 Lääketutkimus Olli Kallioniemi ja Tomi Mäkelä Syöpälääkkeiden haasteet ja näkymät Lähes puolet biotekniikan yritysten lääkekehitysprojekteista kohdistuu syöpään, ja noin 500 uutta lääkeyhdistettä on parhaillaan kliinisessä tutkimusvaiheessa. Monet uudet hoitomuodot ja täsmälääkkeet ovat tulleet kliiniseen käyttöön. Syöpälääkkeiden kehitys on kuitenkin vielä suurten haasteiden edessä. Myös uusille täsmälääkkeille kehittyy lopulta resistenssi. Suurelle osalle yleisistä kiinteän kudoksen kasvaimista ei myöskään vielä tunneta mitään tehokasta hoitoa. Perustutkimuksen merkittävät löydökset eivät aina päädy klinikkaan riittävän nopeasti tai lainkaan. Uusien lääkehoitojen kustannukset muodostuvat kohtuuttoman suuriksi ilman hoidettavien potilasryhmien tarkkaa valintaa. Tässä katsauksessa käsittelemme syövän uusia lupaavia hoitoja, mm. kantasoluhoitoja, täsmälääkkeitä ja niiden yhdistelmiä, RNA-interferenssiä sekä systeemibiologisen tiedon mahdollistamia potilaskohtaisen lääkehoidon mahdollisuuksia. A iemmin syövän lääkehoidon kehitys oli helppoa, halpaa ja suoraviivaista. Useimmiten luonnosta eristettyjä uutteita ja kemiallisia yhdisteitä testattiin syöpäsoluviljelmiin ja löydettiin useita epäspesifisesti solujen kasvua ehkäiseviä lääkeaineita (kuva 1). Suurin osa nykyään laajassa käytössä olevista syöpälääkkeistä perustuu tällaiseen empiiriseen lääkekehitysstrategiaan. Tavanomaisilla solunsalpaajilla ja niiden kokeellisesti vaikuttaviksi todetuilla yhdistelmillä on erittäin merkittävä teho varsinkin nopeasti kasvaviin syöpätyyppeihin (leukemiat, lymfoomat, eräät sarkoomat). Sen sijaan tämän lääkeryhmän teho yleisiin ja usein hitaasti kasvaviin epiteeliperäisiin syöpätyyppeihin (karsinoomat) on monesti puutteellinen. Tämän lisäksi lääkkeet luonnollisesti vaikuttavat myös jakautuviin normaalisoluihin tunnetuin haitoin. Toinen kehitysvaihe perustuu biolääketieteen ja lääkekehityksen teknologisiin läpimurtoihin ja rationaalisten täsmälääkkeiden kehitykseen. Duodecim 2006;122: Perustana tälle nykyaikaiselle strategialle on syövän synnyn ja etenemisen kannalta merkittävien geenien ja proteiinien eli lääkekehityksen yksittäisten määrittäminen. Proteiinimolekyylejä vastaan voidaan nykytekniikalla kehittää esimerkiksi kemiallisten kirjastojen tehoseulonnan ja tietokonemallinnuksen perusteella lukuisia estäjiä. Lisäksi on mahdollista kehittää bioteknisiä, mm. vasta-aineisiin, peptideihin, proteiineihin tai vaikkapa geeniterapiaan pohjautuvia menetelmiä. Tällaiset strategiat ovat tuottaneet lukuisia tehokkaita ja vähän haittavaikutuksia omaavia menestyslääkkeitä, joista olemme saaneet lukea tämänkin lehden palstoilta (Kervinen ja Gahmberg 2004). Esimerkiksi immunoterapia trastutsumabilla (Herceptin) on vakiinnuttanut paikkansa HER-2-positiivisen metastaattisen rintasyövän hoidossa. Hiljan valmistuneet liitännäishoitoa koskevat tutkimukset ovat osoittaneet HER-2-eston parantavan merkitsevästi ennustetta rintasyövässä (Piccart-Gebhart ym. 985

2 hoitomahdollisuuksista sekä sen pohjalta valittavaan yksilöityyn lääkehoitoon (kuva 1). Syöpä on erittäin monimuotoinen tauti, ja on vaikeaa uskoa, että yhtä kohdeproteiinia vastaan rakennetulla lääkeaineella voitaisiin saada suuri teho erityyppisissä syövissä. Syövän hoidon kehitys täytyy yksilöidä paremmin alusta pitäen. Syövän estämiseen ja tuhoamiseen tarvitaan monia synergistisesti vaikuttavia täsmälääkkeitä, tai täsmälääkkeiden ja tavanomaisen lääkehoidon yhdistämistä. On keskeistä tappaa syövän kantasolut sekä ehkäistä kudosinvaasio, etäpesäkkeiden synty ja verisuonten uudismuodostus eikä vain hidastaa syövän kasvua. Tehostuvien tekniikoiden ansiosta tieto taudin luonteesta, lääkkeiden vaikutusmekanismeista ja potilaiden hoitovasteista lisääntyy ratkaisevasti, minkä puolestaan uskotaan johtavan potilaskohtaisesti optimoituun syövän lääkehoitoon. Kuva 1. Uusien tekniikoiden ja strategioiden luomat mahdollisuudet lääkekehityksessä. Uutteiden tai vastaavien kemiallisesti eristettyjen rohdosten rinnalle ovat tulleet yhtä tautispesifistä kohdetta vastaan räätälöidyt»taikaluodit» ja uutena tulokkaana»taikahaulikot», jotka vaikuttavat yhtäaikaisesti useisiin kohteisiin. Tehokkaiden seulontamenetelmien, genomititedon ja systeemibiologian yhdistämisellä näiden löytymistä ja rationaalista kehitystä nopeutetaan huomattavasti. 2005, Romond ym, 2005). Muita hyvin tunnettuja esimerkkejä ovat BCR-ABL-fuusiogeenin tuottaman kinaasin estäjä imatinibi kroonisessa myelooisessa leukemiassa (KML) ja saman lääkkeen teho gastrointestinaalisissa stroomakasvaimissa (GIST) c-kit-onkogeenin estäjänä (Kervinen ja Gahmberg 2004). Kuitenkin rationaalisen lääkekehityksen varjopuolelta löytyy erittäin mittava määrä vääriä arviointeja ja lukuisia pettymyksiä lupaavien lääkkeiden tehon jäätyä minimaalisiksi kliinisissä potilastutkimuksissa (Kola ja Landis, 2004). Kolmas kehitysvaihe, jonka alkutaipaleita tässä artikkelissa erityisesti kuvaamme, pohjautuu uuteen kokonaisvaltaiseen systeemibiologiseen näkemykseen syövän synnystä, etenemisestä ja Uusia biologisia kohteita ja strategioita Modernien syöpälääkkeiden kehittyessä kiinnostus on kohdistunut toisaalta syöpäsoluihin ja toisaalta niihin normaalisoluihin, joita syöpäsolut tarvitsevat, erityisesti kiinteää kasvainta ruokkiviin verisuoniin mutta suuressa määrin myös muihin syövän mikroympäristön normaaleihin soluihin. Vaikka nykyisin tiedetään syöpäsolujen olevan useiden ja vaihtelevien geneettisten muutosten aiheuttamia, niille kuitenkin on yhteistä kasvun ja solukuoleman tasapainon häiriö. Siksi merkittävä kiinnostuksen kohde on edelleen syöpäsolun jakautumisen (solusykli ja mitoosi) ja ohjelmoituneen solukuoleman (apoptoosin) säätely. Tässä puolestaan syöpägeenien ja kasvun rajoitegeenien muodostamat signalointiverkostot ovat kriittisessä asemassa. Syöpäsoluun vaikuttavat oleellisella tavalla myös kasvaimen mikroympäristö ja stressisignaalit, kuten DNA-vaurio. Viimeaikaiset tutkimustulokset viittaavat myös siihen, että syövän kasvun ja hoitovasteen kannalta pieni kantasolupiirteitä omaava joukko syöpäsoluja voi olla ratkaisevassa asemassa. 986 O. Kallioniemi ja T. Mäkelä

3 TAULUKKO. Esimerkkejä syöpälääkkeiden kehittelyn kohteista (erityisesti kinaasit), niiden kannalta tärkeistä syöpätyypeistä, lääkeaineista ja toimintatavoista. Aktivoituva kinaasi tms. Syöpätyyppi Lääkeaine tms. Toimintatapa 1 Kehitysvaihe Abl, KIT, PDGFR KML, GIST Imatinibi taikaluoti hyväksytty EGFR NSCLC Gefitinibi taikaluoti hyväksytty KIT seminooma Imatinibi taikaluoti Vaihe I PI3K useat syövät tutkimuksessa alkuvaihe VEGFR munuaissyöpä BAY , SU taikaluoti Vaihe I/II RAF melanooma BAY taikaluoti Vaihe I/II mtor eri syöpiä CCI-779 (temsirolimuusi), RAD-001 taikaluoti Vaihe I, II VEGF Paksusuolensyöpä Bevasitsumabi taikaluoti hyväksytty FLT3 AML PKC-412, MLN-518, CEP-701 taikaluoti Vaihe I/II ABL, KIT KML, GIST BMS taikaluoti Vaihe I VEGF, PDGFR, KIT, FLT3 munuaissyöpä, mahasuolikanavan syövät sunitinibi taikahaulikko FDA:n käsittelyssä monta kinaasia munuaissyöpä sorafenibi taikahaulikko FDA:n käsittelyssä monta kinaasia keuhkosyöpä ZD6474 taikahaulikko Vaihe III monta kinaasia munuais- ja kilpirauhassyöpä AG taikahaulikko Vaihe II Hedgehog-signaali Gorlinin syndrooma syklopamiini reitinsalpaaja Vaihe I LKB1 Peutz Jeghersin syndrooma selekoksibi reitinsalpaaja eläinkokeet KML = krooninen myelooinen leukemia, GIST = gastrointestimaalinen stroomatuumori, NSCLC = ei-pienisoluinen keuhkosyöpä AML = akuutti myelooinen leukemia 1 Ks. kuva 1 Syöpälääkkeiden haasteet ja näkymät Yhdessä edellä kuvatut biologiset ominaisuudet luovat viitekehyksen, jonka puitteissa lääkekehityksen biologisia kohteita määritetään ja niitä vastaan pyritään kehittämään uusia täsmähoitoja. Oikeiden hoitokohteiden valinnan täytyy perustua kriittisten signalointireittien ja syövän solubiologian yksityiskohtaiseen tuntemukseen. Syövässä mutatoituneet kinaasit lääkehoidon kohteina. Kiinnostus kinaaseihin hoitokohteina perustuu siihen, että fosforylaatiot ovat ylivoimaisesti yleisin keino solunsisäisessä viestinvälityksessä. Lisäksi kinaasit ovat rakenteeltaan hyvin tunnettuja ja sellaisia, että niille on mahdollista kehittää varsin spesifisiä kemiallisia estäjämolekyylejä. Pienimolekyylisen kinaasinestäjän (imatinibi) käyttö KML:ssä ja GIST:ssä on ollut menestys. Samaa periaatetta yritetään hyödyntää syövissä, joiden kasvu on riippuvaista yksittäisen kinaasin häiriöstä (taulukko). Riippuvuus nähdään usein geneettisenä virheenä (esim. pistemutaationa, translokaationa tai geenin monistumana). Menestyksestä innostuneina on aloitettu kinaasimutaatioiden metsästys seulomalla kaikkien kinaasien (»kinomin») mutaatioita eri syöpätyypeistä (Futreal, ym. 2005, Parsons, ym. 2005). Toivoa tälle hankkeelle antaa mm. BRAF-onkogeenin aktivaation löytyminen 60 %:sta melaanomia (Davies, ym. 2002). BRAF-kinaasista tulikin nopeasti yksi syövän lääkehoidon keskeisistä uusista kohteista. Suurta mielenkiintoa saavuttanut kohde on myös äsket- 987

4 Hh Smo TGF-b Ptc I Wnt Fzd Dv1 Su(fu) Cos2 Fu Gli I-SMAD PkA Co-SMAD R-SMAD II Aksiini GSK3b APC LRP Lkb1 b-kateniini b-kateniini Gli R-SMAD Tcf-4 CBP Co-SMAD AMPK S6K TSC mtor AKT 4EBP PTEN PIP 3 PIP 2 IRS PI3K Insuliinireseptori Insuliini/ insuliininkaltainen kasvutekijä Kuva 2. Lääkekehityksen kohteiden etsinnässä kiinnostus on osin siirtynyt signalointireitteihin, joista neljä syövän ja muiden sairauksien kannalta keskeistä on esitetty eri värein. Solun energiametaboliaa säätelevä mtor-reitti ja sen varrella toimivat kasvunrajoitegeenit PTEN ja LKB1 on merkitty keltaisella, syövän kantasoluille keskeiset Wnt- ja hedgehog-reitit vihreällä ja sinisellä ja syöpäsolun ja ympäröivien kudosten vuorovaikutuksessa keskeinen transformoiva kasvutekijä beeta (TGF-b) -reitti punaisella. Lyhenteet viittaavat geenituotteisiin, esimerkiksi Smo on smoothened-geenin tuottama transmembraanireseptori, jonka inhibiittori syklopamiini estää reitin aktiivisuuden. Mukailtu Fishermanin ja Porterin (2005) artikkelista. = signalointia edistävä vaikutus ı = signalointia estävä vaikutus täin tunnistettu mtor-kinaasin kautta kulkeva signalointireitti, johon on liitetty kaksi kasvurajoitegeeniä, PTEN ja LKB1 (kuva 2, keltainen reitti). Sekä PTEN- että LKB-kasvurajoitegeenien mutaatiot esimerkiksi glioomissa ja keuhkosyövässä aktivoivat tämän reitin (Shaw, ym. 2004), ja signalointireitin aktiivisuus näyttää olevan tärkeä syöville, joissa geenimutaatioita 988 O. Kallioniemi ja T. Mäkelä

5 ei vielä tunneta. Tehokkaiksi kasvainlääkkeiksi ovat osoittautuneet eläinmalleissa mtor:n estäjät, esimerkiksi rapamysiinin johdos temsirolimuusi, ja ne ovat kliinisissä kokeissa useiden syöpätyyppien hoidossa (taulukko). Syövän kantasolut. Jo pitkään on ajateltu, että kasvainten solut noudattaisivat samankaltaista hierarkkista jakautumismallia kuin normaalien kudosten solut. Syöpäsolut muistuttavat usein kantasoluja, jotka jatkavat jakautumista mikroympäristöstä välittämättä (Taipale 2004). Esimerkiksi paksusuolisyövissä epiteelin kantasoluja ylläpitävä Wnt-signaalireitti on lähes poikkeuksetta»jäänyt päälle». On myös esitetty hypoteesi, että vain pieni osa kasvainten soluista olisi syöpäkantasoluja, jotka kykenisivät muodostamaan uuden kasvaimen. Ajatus on saanut tukea viime vuosina, kun syövistä on onnistuttu eristämään eri erilaistumisasteen (eri pintamarkkereita omaavia) soluja ja osoittamaan, että vain kantasolumarkkereita omaavat solut pystyvät muodostamaan uuden syövän uudessa ympäristössä (esim. koe-eläimessä). Ensimmäisenä tämä osoitettiin akuutin myelooisen leukemian osalta, mutta vastaavia tuloksia on saatu myös rintasyövässä, melanoomassa ja aivosyövissä (Al-Hajj ym. 2003, Singh ym. 2004, Fang ym. 2005). Jos tulevaisuudessa vahvistuu, että vain pieni osa soluista ylläpitää useiden syöpätyyppien kasvua, tällä havainnolla on erittäin suuri merkitys paitsi syövän tutkimukselle, myös syövän diagnostiikalle ja hoidolle. Syövän hillitsemiseksi täytyy tuhota vain ne solut, jotka ylläpitävät syövän kasvua. Näiden solujen herkkyys syöpälääkkeille voi olla olennaisesti erilainen kuin suuremman osan kasvainmassasta muodostavien»tavallisten» syöpäsolujen, joilla ei ole vastaavaa jakautumispotentiaalia (Michor ym. 2005). Onkin oletettavaa, että kantasoluille tyypilliset signalointireitit (esim. hedgehog- ja Wnt-signaalit) (kuva 2) ovat tärkeitä ja tältäkin kannalta kiinnostavia hoitokohteita. Solujen väliset vuorovaikutukset syövän hoidon kohteina. Kiinteitä syöpäkasvaimia ympäröivien normaalikudosten ominaisuuksien hyödyntäminen syövän hoidossa on houkutteleva Syöpälääkkeiden haasteet ja näkymät strategia, joka pyrkii kiertämään syöpäsolujen plastisuuden kautta nopeasti kehittyvän hoitoresistenssin. Erityisesti syöpää ravitsevan verisuonituksen kasvun estoon on kohdistunut jo pitkään odotuksia, ja äskettäin hyväksyttiin ensimmäinen antiangiogeneettinen hoito (Bono ja Salmi 2004) (taulukko 1). Tulevaisuudennäkymien kannalta erittäin kiinnostava kohde hoidoille on syövän indusoima imusuonten kasvu, joka edistää metastasointia. Kari Alitalon ryhmän tutkimusalue on intensiivisen kiinnostuksen kohteena mm. eläinkokeissa saatujen tulosten perusteella. Näissä kokeissa imusuonten VEGFR3-kinaasin toiminnan salpaaminen on vähentänyt merkittävästi metastasointia (Alitalo ym. 2005). Muutenkin syöpäsolukon ja sen mikroympäristön fibroblastien ja tulehdussolujen interaktiot potentiaalisena hoitokohteena on saanut viime aikoina paljon huomiota. Syövän stroomakudoksen aktiiviseen rooliin syövissä viittaa mm. yllättävä eläinkoetulos, jossa TGFßreseptorin poistaminen fibroblasteista johti mahasyöpään (Bhowmick, ym. 2004). Tämä korostaa tarvetta huomioida syövän mikroympäristö ja monimutkaiset solujen väliset riippuvuudet. Syöpä on molekyylien vuorovaikutusten ja solujen vuorovaikutusten osalta kuin»baabelin torni» nopeakasvuinen ja monimutkainen mutta oikealla tavalla käsiteltynä haavoittuva kokonaisuus. Hoidon uudet tekniikat ja mahdollisuudet: RNA-interferenssi. Solujen RNA-maailmasta löytyneisiin»ihmeisiin» on uutisartikkeleissa kiinnitetty toistuvasti huomiota (Saksela 2005). Kaikissa soluissamme ilmentyy suuri määrä RNA-molekyylejä, jotka eivät koodita valkuaisaineita mutta joilla on säätelytehtäviä ja mahdollisesti muita vielä tuntemattomia tehtäviä. Mikro-RNA:t säätelevät satojen tai tuhansien proteiinimolekyylien toimintaa. Niiden muutoksien on havaittu vaikuttavan syövän syntyyn ennen tuntemattomilla mekanismeilla, joita saattaa olla mahdollista hyödyntää myös hoidossa ja diagnostiikassa. Solutason RNA-välitteisten ilmiöiden tutkimus on paljastanut myös suoran terapeuttisen mahdollisuuden estää syöväs- 989

6 sä liian vilkkaasti toimivien geenien toimintaa ns. RNA-interferenssiin (RNAi) perusteella. Sen avulla minkä tahansa geenin toiminta voidaan estää RNA-tasolla. Tähän käytetään kohdegeenin kanssa homologisia, noin 20 emäsparin mittaisia kaksisäikeisiä RNA-molekyylejä (small interfering RNA, sirna). RNA-interferenssi tarjoaa siten erinomaisen mahdollisuuden estää syöpää uudella tavalla lähetti-rna:ta eli viestimolekyylejä»tuhoamalla». Minkä tahansa geenin RNA voi nyt toimia mahdollisena lääkehoidon kohteena toisin kuin esimerkiksi käytettäessä kemiallisia yhdisteitä (joita yleensä kehitetään etupäässä kinaaseille ja muille entsyymiproteiineille) tai vasta-aineita, joilla saavutetaan vain solukalvon tai solunulkoisen tilan molekyylejä. Erityisen mielenkiintoisen RNAi-täsmähoidon kohteen tarjoavat mutatoituneet onkogeenit tai kromosomitranslokaatioiden aikaansaamat fuusiogeenit, joita vastaan voidaan kehittää spesifinen RNAi-molekyyli, joka ei vaikuta normaalien solujen toimintaan. Syöpämalleissa Ras-onkogeenin mutaatiot ja BCR-ABL-translokaatio ovat olleet lupaavia hoitokohteita (Wilda ym. 2002, Smakman ym. 2005). RNAi-hoito on edennyt erittäin nopeasti perustutkimuksen työvälineestä vaiheen I kliinisin tutkimuksiin. Syövän lisäksi monet muut taudit ovat olleet kiinnostuksen kohteena. Esimerkiksi vaiheen I kliiniset testit VEGF- ja VEGFR1-siR- NA:lla makuladegeneraation hoidossa ovat jo pitkällä (Karagiannis ja El-Osta 2005). Yksilöllinen lääkehoito ja tarkentuva profilointi syövän diagnostiikassa Edellä esitetyt valikoidut esimerkit lupaavista biologisista kohteista ja tekniikoista syövän hoidossa kuvastavat alan optimismia. Myös syövän hoidon ohjaus diagnostisten testien avulla, esimerkiksi HER-2-syöpägeenin aktivoitumisen osoittamisen perusteella, ovat yksilöllisen lääkehoidon menestyksekkäitä ensiaskeleita. Uusien täsmälääkkeiden teho vaihtelee kuitenkin hyvin paljon potilaasta toiseen, eikä pelkkä kohdeproteiinin läsnäolo, aktivaatio tai mutaatio riitä selittämään vastetta tai sen puutetta. Tulevaisuudessa tarvitaan uudenlaista, kokonaisvaltaista tietoa syövän biologiasta, hoitovasteen todennäköisyydestä diagnoosivaiheessa ja hoitovasteen biomarkkereita, joiden myötä lähes reaaliaikainen mittaus ja kliinisen vasteen ennakointi olisi mahdollista. Syövässä lääkevasteen kannalta vielä olennaisempia tekijöitä ovat syöpäkudoksen biologiset ominaisuudet ja niiden suuri vaihtelu potilaasta toiseen. Lääkeannosten tarkemman määrittämisen tarve muuttaa patologista diagnostiikkaa tulevaisuudessa, sillä lisääntyvä osa täsmähoidoista vaatii diagnostisen testin. Sen sijasta, että tehdäisiin kymmeniä ellei satakunta erilaista syöpäkudoksen immuunivärjäystä kunkin lääkeaineen kohdeproteiinista ja lääkevasteen biomarkkerista laaja-alaiset seulontatutkimukset saattavat antaa saman tiedon halvemmalla. Hoitopäätösten ja vasteen tarkan arvioinnin kannalta on tulevaisuudessa syytä määrittää kokonaisvaltainen molekyylitason profiili potilaan syöpäkudoksesta. Tulevaisuudessa potilaiden DNA-, kudos- ja verinäytteistä saatetaan analysoida esimerkiksi kaikkien geenien polymorfismit (SNP:t), kopioluvut ja mutaatiot, ilmentyminen, metylaatio, metaboliittien määrät soluissa sekä proteiinien pitoisuudet, aktiivisuudet ja interaktiot. Valtavan tietomäärän kerääminen kuulostaa tieteistarinalta, mahdottomalta ja kalliilta. Suuri osa käytettävistä tekniikoista, esimerkiksi mikrosiru- ja massaspektrometrianalyysit, on jo kuitenkin tutkimuskäytössä ja niiden käyttö on varsin kohtuuhintaista verrattuna syöpälääkkeiden nopeasti kohoaviin kustannuksiin. Eniten kiinnostusta on herättäny DNA-mikrosirutekniikan käyttö syövän diagnostisessa ja ennusteellisessa luokittelussa, esimerkiksi rintasyövän ennusteen kartoituksessa (Kallioniemi 2003). Geenien ilmentymisen perustuvien syövän»sormenjälkien» on osoitettu jo yli 100 tutkimuksessa korreloivan myös erityyppisten syöpien hoitovasteiden kanssa. Suuri osa näistä tutkimuksista kaipaa kuitenkin tulosten prospektiivista varmistamista ja luokittelijoiden validointia. Myös 990 O. Kallioniemi ja T. Mäkelä

7 muilla uusilla tekniikoilla saatavaa hyötyä selvitetään parhaillaan (FDA 2004). Haasteena on myös näytteiden keräyksen järjestäminen ja suuren datamäärän käsittely. Syöpälääkkeiden uudet kehitysstrategiat ja systeemibiologia Samalla kun kokonaisvaltainen tietämys syöpäkudoksesta paranee, syöpälääkkeiden kehittämisessä käytetään uusia systeemibiologisia strategioita. Sen sijasta, että kehitetään täsmälääke vain yhtä syövässä muuntunutta geeniä vastaan, tavoitteena on ymmärtää kokonaisvaltaisesti lääkeaineiden ja niiden yhdistelmien monimutkaisia vaikutuksia soluissa. Tällä tavalla saattaa löytyä»taikaluotien» sijasta»taikahaulikoita» (kuva 1), jotka tuhoavat tehokkaasti syöpäsoluja siedettävin haittavaikutuksiin. Signaloinnin systeemibiologiaa. Uusia lääkehoidon kohteita ovat signalointireitit. Alustavat tulokset viittaavat siihen, että esimerkiksi yksittäisten kinaasien mutaatiot eivät ole yleisiä ja monia HER-2:n, EGFR:n ja BCR-ABL:n kaltaisia yksittäisiä lääkehoidon kohteita ei ole helppo löytää. Syöpäsolun fenotyypin kannalta voi lopulta olla kuitenkin yhdentekevää, miten tietty signalointireitti aktivoituu reitin varrella on tyypillisesti monta kinaasia ja muitakin proteiineja. Parempi olisikin pyrkiä tunnistamaan tietystä syöpätyypistä aktivoituneet (tai inaktivoituneet) signalointireitit. Näin ehkä saataisiin huomattavasti loogisempi kuva tietyn syöpätyypin kasvun edellytyksistä. Jos löydetään tietylle syöpätyypille ominainen aktivoitunut signalointireitti, se voidaan teoriassa inaktivoida millä tahansa reitin varrella olevan kinaasin tai muun keskeisen molekyylin estäjällä. Esimerkkejä tästäkin hoitomahdollisuudesta on jo kuvattu. Imatinibi (estää bcrabl- ja KIT-kinaasien lisäksi myös PDGF reseptorityrosiini-kinaasin) vaikuttaa olevan tehokas hoito dermatofibrosarcoma protuberansissa, jossa ei esiinny geenimutaatiota PDGFR:ssä vaan PDGF-ligandin ylituotantoa. Gorlinin syndrooman tyvisolukarsinoomat puolestaan aiheutuvat patched-geenin mutaatioista, joka johtaa hedgehog-signalointireitin aktivoitumiseen (Taipale ja Beachy 2001). Estämällä tämän reitin aktiivisuus reitin loppupuolella olevan smoothened-proteiinin inhibiittorilla syklopamiinilla saadaan hyviä tuloksia. Hedhehog-reitti on aktivoitunut muissakin epiteliaalisissa kasvaimissa esimerkiksi haima- ja eturauhassyövissä vielä tuntemattomilla mekanismeilla, ja hedgehog-signalointireitin varrelta saattaa löytyä uusia kiinnostavia hoitokohteita (kuva 2). Toinen tapa löytää»taikahaulikoita» on kehittää kinaasinestäjiä, jotka vaikuttavat samanaikaisesti usean kinaasin toimintaan. Yhdellä lääkeaineella siis yritetään estää monen syövässä aktivoituneen signaalinvälitystien toimintaa. Useimmat kinaasinestäjät ovat luonnostaan epäy d i n a s i a t Syöpäsairaudet ovat toimineet täsmälääkkeiden kehittämisen menestyksekkäänä koekenttänä, ja lähes puolet biotekniikan alan lääkekehitysprojekteista kohdistuu syöpään. Merkittävimmät haasteet syöpälääkkeiden kehittämisessä ovat yhä paremmin nähtävä syövän monimuotoisuus ja sitä kautta yksilölliset vasteet lääkkeisiin. Kokonaisvaltainen systeemibiologinen strategia hoitokohteiden tunnistuksessa yhdessä tehoseulontaa ja biologisia vasteita mittaavan lääkekehityksen kanssa tehostaa uusien lääkkeiden syntyä. Potilaskohtaiset profiloinnit ja yksilölliset hoidot edistävät oikeiden hoitojen antamista oikeille potilaille ja sitä kautta tehostavat terveydenhuoltoa. Syöpälääkkeiden haasteet ja näkymät 991

8 spesifisiä, koska kinaasien molekyylirakenteet ovat samanlaisia. Edes ensimmäinen kinaasien»täsmälääke» imatinibi ei ole spesifinen yhdelle kinaasille vaan vaikuttaa yhtä voimakkaasti ainakin kolmen kinaasin toimintaan. Niinpä sen luokittelu täsmälääkkeeksi (esim. taulukko) on jopa hieman harhaanjohtavaa. Kehitteillä on mm. EGFR:n ja HER2:n yhteisestäjiä rintasyöpään, ja monia muita»taikahaulikoita» on jo hyväksymisvaiheessa (taulukko). Kemiallinen genetiikka ja biologia. Muita uusia mahdollisuuksia syövän lääkehoitoon tarjoaa kemiallinen biologia eli solun toimintojen tutkimus kemiallisten lääkeainekirjastojen avulla. Erilaisia molekyylejä voidaan luoda tähtitieteellisen suuria määriä. Monesti yhdisteiden vaikutukset soluissa eivät kohdistu yhteen proteiiniin vaan monimutkaisesti erityyppisiin signaalireitteihin ja niiden varrella oleviin molekyyleihin. Niinpä tässä tutkimustavassa pyritään ensin löytämään solubiologinen fenotyyppi, signalointimuutos tai muu terapeuttinen indikaattori. Ensimmäisessä vaiheessa lääkeaineen kohdeproteiini on siis tuntematon. Pyrkimyksenä on ymmärtää ja selvittää lupaavien lähtömolekyylien vaikutuksia soluihin ja identifioida vasta sen jälkeen niiden spesifiset biologiset vaikutusmekanismit. Kemiallista genetiikkaa voidaan myös hyödyntää täsmälääkkeiden tehon parantamiseen. Signalointireitin mtor (kuva 2) salpaajaan rapamysiinin vaikutuksia tehostavia pienimolekyylisiä yhdisteitä on onnistuttu seulomaan tehokkaasti kemiallista genomiikkaa hyödyntävällä menetelmällä (Huang ym. 2004). Jatkotutkimuksissa on selvitetty näiden uusien vaikuttavien aineiden kohteita soluissa käyttäen tehoseulontapohjaista proteomiikkaa ja mm. löydetty mtor-signalointireitillä toimiva uusia proteiini. Näin löydettiin reitiltä uusi maali ja siihen kohdistuvia useita lääke-ehdokkaita (Huang ym. 2004). Geenien ja lääkeaineiden vuorovaikutusten systeemibiologia. Lääkeaineiden tehon ja geenimuutosten vuorovaikutukset ovat on toinen lupaava uusi alue lääketutkimuksessa. Lääkkeitä voidaan ryhtyä seulomaan siten, että tavoitteena on löytää esimerkiksi sellaisia aineita, jotka tehoavat erityisesti tunnetun syöpägeenimutaation omaaviin syöpiin. Hiljattain todettiin, että solun DNA-korjaukseen vaikuttavan PARP-geenituotteen (Poly-ADP-riboosipolymeraasi) estäjät ovat erityisen tehokkaita soluissa, joissa BRCA1- ja BRCA2-geenit eivät toimi (Farmer ym. 2005). Ajatus on looginen, koska BRCA1:n ja BRCA2:n toiminta liittyy DNA:n korjaukseen. Tätä havaintoa ollaan jo ryhtymässä testaamaan kliinisissä tutkimuksissa BRCA1- ja BRCA2-mutaatioita kantavilla, periytyvää syöpää sairastavilla potilailla. Tällaiset syövän geenimuutosten aiheuttamat haavoittuvuudet ovat tehokas lähtökohta lääkekehitysstrategialle, jossa alusta alkaen pyritään kohti potilaskohtaista diagnoosia ja hoitoa. Edellä hahmoteltu lääkekehitysstrategia ja toisaalta syövän potilaskohtainen molekyyliprofilointi ja sen pohjalta määritettävä diagnostiikka kohtaavat ennen pitkää toisensa. Tällöin lääkekeksintö, lääkekehitys, kliininen diagnostiikka ja hoidon ohjaus pohjautuisivat kokonaisvaltaiseen mutta molekyylitasolle asti pureutuvaan tietoon taudin aiheuttamista biologisista ja fysiologisista muutoksista. Tästä systeemibiologiseen tietoon pohjautuvasta strategiasta ollaan varsin kiinnostuneita, vaikka se on vasta alkutaipaleella: lääkkeitä hyväksyvät viranomaiset, kustannuspaineiden alla toimiva terveydenhuollon organisaatio ja lääkekehitysprosessin tehottomuusongelmien kanssa painiva teollisuus saattavat saada uudesta toimintamallista hyötyä (FDA 2004). Toivottavasti tätä kautta toteutuu aikanaan myös potilaiden parempi ja tehokkaampi hoito. Lopuksi Syöpälääkkeiden kehittelyssä ja siirtymistä kliiniseen käyttöön säätelevät lukuisat erilaiset asiat, joten lopputulosta on vaikeaa ennustaa. Merkittäviä parannuksia on ilman muuta tulossa, vaikka yhtä syöpään aina tehoavaa ihmelääkettä ei ole mahdollista löytää. Kymmenien miljardien vuosittaiset tutkimuspanokset ja sadat 992 O. Kallioniemi ja T. Mäkelä

9 kliinisessä tutkimusvaiheessa olevat molekyylit johtavat ilman muuta lukuisten uusien lääkkeiden tuloon markkinoille. Täsmälääkkeiden yhdistelmät, potilaskohtainen molekyylidiagnostiikka ja sen pohjalta määrättävät hoidot sekä uudet systeemibiologiset lääkekehitysinnovaatiot tulevat merkittävästi laajentamaan syövän hoidon mahdollisuuksia. Syöpälääkkeiden myynti ja sitä kautta terveydenhuollon kustannukset ovat kasvaneet jopa 15 % vuodessa. Koska yleisille kiinteiden kudosten syöville (rinta-, eturauhas-, keuhko- ja suolistosyövät) on tullut ja on tulossa ensimmäistä kertaa merkittäviä uusia täsmälääkkeitä, näiden syöpätyyppien hoitokustannukset ovat erityisen paineen alaisena. Teollisuudessa on esitetty arvioita jopa 30 %:n suuruisista lääkkeiden myynnin kasvusta tällä sektorilla (Wood Mackenzie 2005). Syövän lääkehoidon kustannuksia lisää se, että metastaattista syöpää sairastavien elinaikaa voidaan merkittävästi lisätä, vaikka syöpää ei saada parannettua. Lääkeresistenssin kehittyessä yhtä molekyyliä vastaan tilalle on ehkä mahdollista saada toinen täsmälääke. Potilaat tulevat siis tarvitsemaan toistettuja lääkekuureja, ja heille annetaan lääkkeitä useiden vuosien ajan. Toinen lääkehoitojen kustannuksia usein lisäävä seikka on se, että metastaasivaiheen potilaiden hoidosta siirrytään alkuvaiheen liitännäishoitoihin, jolloin lääkkeiden teho on parempi mutta hoidettavien määrät suurempia ja hoitojaksot pitempiä. Rintasyövän HER-2-lääkehoidon osalta on jo lääketieteellistä näyttöä tästä (Piccart-Gebhart ym. 2005, Romond ym. 2005), mutta hoidon kustannuksista on noussut keskustelu. Terveydenhuollon kustannuskriisi on muutenkin puheenaiheena, mutta harvalla alalla kustannusten nousu on niin selvästi ennakoitavissa kuin onkologiassa. Tämä tarkoittaa sitä, että panostus oikeiden hoitojen antamiseen oikeille potilaille on yhteiskunnan kustannuspaineiden helpottamiseksi keskeisimpiä tarpeita. Kirjallisuutta Al-Hajj M, Wicha MS, Benito-Hernandez A, Morrison SJ, Clarke MF. Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2003;100: Alitalo K, Tammela T, Petrova TV. Lymphangiogenesis in development and human disease. Nature 2005;438: Bhowmick NA, Neilson EG, Moses HL. Stromal fibroblasts in cancer initiation and progression. Nature 2004;432: Bono P, Salmi M. Solun pinnan adheesiomolekyylit ja syöpä. Duodecim 2004;120: Booth B, Glassman R, Ma P. Oncology s trials. Nat Rev Drug Discov 2003; 2: Brugarolas J, Clark JW, Chabner B. Using rationally designed drugs rationally. Lancet 2003;361: Davies H, Bignell GR, Cox C, ym. Mutations of the BRAF gene in human cancer. Nature 2002;417: Fang D, Nguyen TK, Leishear K, ym. A tumorigenic subpopulation with stem cell properties in melanomas. Cancer Res 2005;65: FDA: Challenge and opportunity on the critical path to new medical products Farmer H, McCabe N, Lord CJ, ym. Targeting the DNA repair defect in BRCA mutant cells as a therapeutic strategy. Nature. 2005;434: Fishman MC, Porter JA. Pharmaceuticals: a new grammar for drug discovery. Nature 2005;437: Futreal PA, Wooster R, Stratton MR. Somatic mutations in human cancer: insights from resequencing the protein kinase gene family. Cold Spring Harb Symp Quant Biol 2005;70:1. Huang J, Zhu H, Haggarty SJ, ym. Finding new components of the target of rapamycin (TOR) signaling network through chemical genetics and proteome chips. Proc Natl Acad Sci U S A 2004;101: Kallioniemi A. Geenisirut kristallipallona. Duodecim 2003;119: Karagiannis TC, El-Osta A. RNA interference and potential therapeutic applications of short interfering RNAs. Cancer Gene Ther 2005; 12: Kervinen J, Gahmberg. CG. Syövän täsmälääkkeet ja niiden kehitystyö Duodecim 2004;120: Kola I, Landis J. Opinion: Can the pharmaceutical industry reduce attrition rates? Nat Rev Drug Discov 2004;3: MDL Drug Data Report. Michor F, Hughes TP, Iwasa Y, ym. Dynamics of chronic myeloid leukaemia. Nature 2005;435: Parsons DW, Wang TL, Samuels Y, ym. Colorectal cancer: mutations in a signalling pathway. Nature 2005;436:792. Piccart-Gebhart MJ, Procter M, Leyland-Jones B, ym. Herceptin Adjuvant (HERA) Trial Study Team. Trastuzumab after adjuvant chemotherapy in HER2-positive breast cancer. N Engl J Med. 2005;353: Romond EH, Perez EA, Bryant J, ym. Trastuzumab plus adjuvant chemotherapy for operable HER2-positive breast cancer. N Engl J Med. 2005;353: Syöpälääkkeiden haasteet ja näkymät 993

10 Saksela E. Syöpä ja RNA-maailman muistot. Duodecim 2005;121: Shaw RJ, Bardeesy N, Manning BD, ym. The LKB1 tumor suppressor negatively regulates mtor signaling. Cancer Cell 2004;6:91 9. Singh SK, Hawkins C, Clarke ID, ym. Identification of human brain tumour initiating cells. Nature 2004;432: Smakman N, Veenendaal LM, van Diest P, ym. Dual effect of Kras(D12) knockdown on tumorigenesis: increased immunemediated tumor clearance and abrogation of tumor malignancy. Oncogene 2005;24: Taipale J. Epiteelin kantasolut ja syöpä. Duodecim 2004;120: Taipale J, Beachy PA. The Hedgehog and Wnt signalling pathways in cancer. Nature 2001;411: Wilda M, Fuchs U, Wossmann W, Borkhardt A. Killing of leukemic cells with a BCR/ABL fusion gene by RNA interference (RNAi). Oncogene. 2002;21: Wood Mackenzie. Oncology Market indicators. Nat Rev Drug Discov 2004; 4 Suppl 19:doi: /nrd1737 OLLI KALLIONIEMI, akatemiaprofessori olli.kallioniemi@vtt.fi VTT ja Turun yliopisto, genomitiedon hyödyntämisen huippuyksikkö, lääketieteellinen biotekniikka PL 106, Turku TOMI MÄKELÄ, professori Biomedicum Helsinki, genomitiedon hyödyntämisen huippuyksikkö, molekyyli- ja syöpäbiologian tutkimusohjelma PL 63, Helsingin yliopisto 994