Piše Dr. Katja Uršič Valentinuzzi, L’Orealova štipendistka “Za ženske v znanosti” leta 2019.

Ura je 13.15. To pomeni, da imam glede na 14-dnevno povprečje še 57 minut. Za pisanje bloga in za pospravljanje posledic aplikativnega (Ali morda temeljnega?) projekta »Kako naučiti 10-mesečnika samostojno jesti«. Pa še za marsikaj drugega.*

Podoktorska raziskovalka na porodniškem dopustu

Moje raziskave v onkologiji so začasno zamenjale raziskave v svetu mama. Sem podoktorska raziskovalka na porodniškem dopustu. “Ženska v znanosti” bi lahko rekli. Mislim, da še nisem pošteno izkusila, kako gre to dvoje z roko v roki. So mi pa dosedanje izkušnje dale vedeti, da je in bo marsikaj drugače. Kdo bi si mislil, da bom ravno prvi teden porodniškega dopusta prejela prvo recenzijo članka, en teden po porodu pa drugo, ali da bom pet minut pred predavanjem na mednarodnem kongresu dojila. Bolj izkušene mame znanstvenice bi najverjetneje rekle: »Ja, tu se zabava šele začne!«

Iztekajo se zadnji dnevi takšnega statusa in ta blog je kot nalašč za vdih pred nadaljnjimi izzivi v znanosti in doma, dveh aktivnostih 24/7.

Kaj imajo skupnega rak, elektrika in imunski sistem?

Zaposlena sem na Oddelku za eksperimentalno onkologijo Onkološkega inštituta Ljubljana. Naše raziskave so usmerjene v razvoj in ovrednotenje inovativnih pristopov pri zdravljenju raka. Vizija oddelka je uvajanje teh novih pristopov zdravljenja v klinično testiranje in klinično prakso, torej izvajanje t. i. translacijskih raziskav (Slika 1). Slednje oddelek zelo uspešno brani. Ne le to, da je pripeljal elektrokemoterapijo do klinične uporabe v Sloveniji, pred kratkim je Oddelek za eksperimentalno onkologijo skupaj z industrijskimi partnerji pripeljal do kliničnega preizkušanja tudi gensko terapijo. Onkološki inštitut Ljubljana je tako postal prvi izvajalec klinične študije z novim genskim zdravilom v Sloveniji.

Oddelku za eksperimentalno onkologijo sem se pridružila kot mlada raziskovalka. Priznam, da sem ob razkritju, da bo moje področje raziskovanja »nekaj o raku in imunoterapiji«, potihoma zaklela. Ja, onkologija me zelo zanima. Ampak imunologija? 1) (Pre)malo vem o njej. 2) Je lahko kaj še kompleksnejšega? Danes mi je povsem jasno, da ena brez druge ne moreta. Vprašanje, ki si ga zastavlja cel svet je, kako vplivati na bolnikov imunski sistem, da ta pomaga v boju s tumorskimi celicami. In tudi, zakaj se nekateri tumorji odlično odzovejo na terapijo, drugi pa ne. Torej, s katero terapijo zdraviti kateri tumor za doseganje najboljših rezultatov.

Preden globoko zaidem v imuno-svet, bi vam rada pojasnila še en pojav, brez katerega Oddelek za eksperimentalno onkologijo ne more živeti. To je elektroporacija (Slika 2). Delovanje električnih pulzov na celice povzroči nastanek začasnih poram podobnih struktur. Ta pojav lahko v medicini izkoristimo na vsaj dva načina: za elektrokemoterapijo in genski elektroprenos. Pri elektrokemoterapiji električni pulzi potencirajo privzem citostatikov (zdravila z delovanjem na novotvorbe) v celice in na ta način povečajo protitumorski učinek. Pri genskem elektroprenosu pa električni pulzi omogočijo vstop molekul DNA ali RNA v celice. Oba pojava smo raziskali že po dolgem in počez.^{1 – 4} In res sta nam všeč. Meni še posebno v kombinaciji z imuno-svetom. Kdo bi si mislil.

Prva sta povezavo med imunskim statusom in rakom opisala Wilhelm Busch in Friedrich Fehleisen. Opazila sta, da so se tumorji po bakterijski okužbi (vnetju) zmanjšali. Oče imunoterapije William Coley je prišel do podobnih rezultatov, vendar je stopil še korak naprej. Okužbe tumorjev je povzročil namerno. Prvemu poskusnemu bolniku je v tumor vbrizgal žive baterije Streptococcus pyogenes. Sliši se noro. V tumor namerno injicirati bakterije? No, saj je noro. In vendar, po okužbi je tumor izginil. V nadaljevanju je Coley terapijo nadgradil in bolnike zdravil s t. i. Coley-ivimi toksini, ki niso bili nič drugega kot ekstrakti inaktiviranih bakterij. Ta način zdravljenja je bil 60 % uspešen. Je pa imelo Coley-evo zdravljenje eno veliko pomanjkljivost. Nihče ni znal pojasniti, zakaj njegovi toksini delujejo. Poleg tega so mu očitali, da je klinik, ki mu manjka znanstveni pristop (natančnost, ponovljivost, dokumentiranje, nadzor…). Zgodba o imunoterapiji se je prav zaradi tega (pa tudi zaradi hkratnega vzpona radioterapije in kemoterapije) začasno ustavila.^5,6

Začasno, dokler niso sočasne, neodvisne, ugotovitve treh raziskovalcev (Paul Ehrlich, Lewis Thomas in Frank Macfarlane Burnet) ponovno oživile področja. V telesu neprestano nastajajo tumorske celice, ki jih imunski sistem prepozna in sproti odstranjuje, so zapisali. Hipotezo so kasneje potrdili z raziskavami na imunsko oslabljenih miših. Najverjetneje se zdaj sprašujete: »Če je imunski sistem tako uspešen, zakaj potem tumor sploh nastane?« Slednje razložijo tri faze imunskega preurejanja (immunoediting).^5,7 O tem natančneje kdaj drugič. Bistvo vsega je, da se nekatere tumorske celice uspešno »skrijejo« imunskemu sistemu in grejo naprej svojo pot. Še huje, takšne tumorske celice lahko tudi vplivajo na organizacijo in delovanje imunskega sistema (in drugih netumorskih komponent tumorja) in na ta način naredijo sebi ugodno okolje.⁷ Ja, na področju raka in imunologije je zadnje čase res pestro. Nenazadnje, leta 2018 je bila na za imunoterapijo raka podeljena tudi Nobelova nagrada za fiziologijo ali medicino.

Kako torej lahko uporabimo to znanje za zdravljenje raka? Na dva načina. Vplivamo na imunski sistem, da se ta začne boriti proti tumorskim celicam in/ali spreminjamo tumorje, da omogočimo delovanje imunskega sistema. Sliši se preprosto. Pa ni čisto tako. No, pa smo prišli že bliže mojemu doktorskemu in podoktorskemu delu.

Elektrokemoterapija kot in situ vakcinacija

Izkazalo se je, da je moje doktorsko raziskovanje dalo več vprašanj kot odgovorov.^8,9 Tako nekako gre. Na ta vprašanja poskušam odgovoriti v podoktorskem projektu (Hvala ARRS za financiranje in možnost enoletne zamrznitve projekta.). Zanima me, ali elektrokemoterapija lahko deluje kot vakcinacija in situ. Oziroma, ali lahko z elektrokemoterapijo ubijemo tumorske celice na način, da v tumor privabimo imunske celice. Slednje pa v tumorju specifično odstranijo preostale preživele tumorske celice, ki jih nismo uspeli neposredno odstraniti (Slika 3). Poleg tega pa nas zanima, ali lahko z elektrokemoterapijo ciljamo tudi oddaljene nezdravljene metastaze.

Za model smo izbrali dva tumorja, ki sta imunološko »mrzla«. To pomeni, da vsebujeta malo imunskih celic, imata nizko mutacijsko breme in izražata malo molekul, ki bi delovale v prid imunskemu sistemu. Naša hipoteza je, da bo elektrokemoterapija tumorja spremenila v imunološko »vroča«.  Uporabili bomo tri različne citostatike v elektrokemoterapiji, saj so naši preliminarni rezultati pokazali, da je izbira citostatika izrednega pomena pri spodbujanju imunskega odgovora. Poleg tega pa se zavedamo, da višji odmerek ne povzroči nujno boljšega odgovora. Zato bomo raziskali tudi odvisnost odmerek-odgovor.   

Zakaj me vse to zanima? V prvi vrsti želim odgovoriti, ali je elektrokemoterapija (kot monoterapija) dovolj za vakcinacijo in situ. V primeru, da ni, pa bo opis poteka imunološko pomembnih dogodkov po elektrokemoterapiji izrednega pomena pri kombiniranju elektrokemoterapije z imunoterapijami.

Kot vidite, je moj podoktorski projekt v fazi zagona. Vse čaka, da se vrnem s porodniškega dopusta. Moram reči, da se povratka hkrati veselim in bojim. Vem le to, da bo vse drugače.

*Ne boste verjeli, ta epizoda se je ponovila kar nekajkrat, da sem blog dokončala.

Reference:

¹Sersa G, Ursic K, Cemazar M, Heller R, Bosnjak M, Campana LG. Biological factors of the tumour response to electrochemotherapy: Review of the evidence and a research roadmap. Eur J Surg Oncol. 2021;47(8):1836-1846. doi: 10.1016/j.ejso.2021.03.229

²Cemazar M, Sersa G. Recent Advances in Electrochemotherapy. Bioelectricity. 2019;1(4):204-213. doi: 10.1089/bioe.2019.0028

³Yarmush ML, Golberg A, Serša G, Kotnik T, Miklavčič D. Electroporation-based technologies for medicine: principles, applications, and challenges. Annu Rev Biomed Eng. 2014;16:295-320. doi: 10.1146/annurev-bioeng-071813-104622

⁴Cemazar M, Jarm T, Sersa G. Cancer electrogene therapy with interleukin-12. Curr Gene Ther. 2010;10(4):300-11. doi: 10.2174/156652310791823425

⁵Waldman AD, Fritz JM, Lenardo MJ. A guide to cancer immunotherapy: from T cell basic science to clinical practice. Nat Rev Immunol. 2020;20(11):651-668. doi: 10.1038/s41577-020-0306-5

⁶Oiseth SJ and Aziz MSA. Cancer immunotherapy: a brief review of the history, possibilities, and challenges ahead. J. Cancer Metastasis Treat. 2017;3:250–261. doi: 10.20517/2394-4722.2017.41

⁷O’Donnell JS, Teng MWL, Smyth MJ. Cancer immunoediting and resistance to T cell-based immunotherapy. Nat Rev Clin Oncol. 2019;16(3):151-167. doi: 10.1038/s41571-018-0142-8

⁸Ursic K, Kos S, Kamensek U, Cemazar M, Scancar J, Bucek S, Kranjc S, Staresinic B, Sersa G. Comparable effectiveness and immunomodulatory actions of oxaliplatin and cisplatin in electrochemotherapy of murine melanoma. Bioelectrochemistry. 2018;119:161-171. doi: 10.1016/j.bioelechem.2017.09.009

⁹Ursic K, Kos S, Kamensek U, Cemazar M, Miceska S, Markelc B, Bucek S, Staresinic B, Kloboves Prevodnik V, Heller R, Sersa G. Potentiation of electrochemotherapy effectiveness by immunostimulation with IL-12 gene electrotransfer in mice is dependent on tumor immune status. J Control Release. 2021;332:623-635. doi: 10.1016/j.jconrel.2021.03.009

Podpornik objave: