תרכובת אנטיסנס חדשנית לטיפול במחלות מערכת העצבים המרכזית

טכנולוגיית ה-antisense היא גישה חדשנית לתהליך הפיתוח המסורתי של תרופות. טכנולוגיה זו מבוססת על סינתזת רצף קצר וייחודי של חומצות גרעין באורינטצית antisense הנקשר ל-mRNA המקודד לחלבון מטרה. הקישור הבררני לאתרים מסוימים ברצף ה mRNA-מאפשר את מניעת תהליך תרגומו, וכתוצאה מכך נגרם דיכוי ספציפי של ייצור החלבון.

למרות מספרן הרב יחסית של תרכובות antisense הפעילותin vitro ו-in vivo, יישומן התרופתי מוגבל עקב תכונותיהן הכימיות/ביולוגיות של חומצות הגרעין שמהוות את אבני הבניין לתרכובת ה- .antisense תכונות כגון: זמן מחצית חיים ביולוגי קצר, זמינות ביולוגית נמוכה, קישור בלתי ספציפי לחלבונים ועלות גבוהה של חומרי המוצא אפיינו את טכנולוגיית ה-antisense בעבר ונפתרות כיום באמצעות גישות כימיות חדשות לסינתזת חומצות גרעין משופרות, כגון שילוב של חומצות גרעין יחד עם קבוצות הגנה שונות ותכנון תרכובות המכילות חומצות גרעין משופרות, פפטידים וסוכרים.

התרופה הראשונה על בסיס טכנולוגיית ה-antisense הנמצאת בשימוש רפואי היא™ Fomivirsen, שפותחה על ידי חברתISIS Pharmaceutical בשיתוף עם חטיבת העיניים של CIBA vision, ומיועדת לטיפול בזיהום עיני הנגרם על ידי וירוס ה-CMV בחוליAIDS .

כ-30 חברות בעולם עוסקות בפיתוח תרופות על בסיס טכנולוגיית ה-antisense לצרכים רפואיים. ידועות היום כמה מאות תרכובות בעלות פעילות רפואית אפשרית, כאשר כ-25 תרכובות נמצאות בשלבים שונים של ניסויים קליניים.

כיווני הפיתוח התרופתיים העיקריים של תרכובות אלו מתמקדים במחלות כגון: סרטן, מחלות זיהומיות נגיפיות (כתסמונת כשל חיסוני – HIV וצהבת – Hepatitis B/C), מגוון מחלות דלקתיות, הסתיידות כלי דם ופסוריאזיס. לאחרונה השלימה בהצלחה חברת Genta, בשיתוף עם חברתAventis ניסוי קליני מתקדם (phase 3) בתרכובת נוספת: Genasense™ לטיפול במלנומה.

מספר תכונות של מערכת העצבים המרכזית מצביעות על כך, שפיתוח תרופות על בסיס טכנולוגיית ה-antisense, שזמן השפעתן הביולוגי ממושך יחסית, עשוי להיות משמעותי לטיפול במחלות עצב ניווניות בעלות אפיון כרוני. נמצא, שבאופן יחסי, תרכובות על בסיס חומצות גרעין(nucleic acid) יציבות במוח בשל הפעילות הנמוכה של אקסו-נוקלאזות (אנזימים המפרקים תרכובות על בסיס חומצות גרעין). למרות זמינותן הביולוגית הנמוכה יחסית, שיעור החדירה של תרכובות antisense לתאים עצביים ותאי תמך ((glia גבוה. בנוסף, פגיעה ביצירת חלבונים עצביים, גם אם אינה מלווה בירידה דרמטית בכמות החלבון, היא מלווה במניעת פעילותם (בניגוד למערכות ביולוגיות אחרות בהן נדרשת הורדה משמעותית ברמת החלבון)[1].

כיום נמצאות שתי תרכובות על בסיס טכנולגיית antisense בשלבי פיתוח קליניים לטיפול במחלות נוירונליות. חברת אסתר נויורוסינס מפתחת תרכובתantisense (EN-101)כנגד האנזים Acetylcholine esterase לצורך טיפול ב-Myasthenia Gravis. תוצאות שפורסמו לאחרונה על ידי החברה מצביעות על יעילות ובטיחות גם לאחר מתן פומי. חברת Antisense Therapeutics, בשיתוף עם ISIS Pharmaceutical, מפתחת תרכובת antisense (ATL1102) כנגד החלבון VLA-4לטיפול ב-.Multiple Sclerosis למרות שתרכובות אלו מיועדות לטיפול במחלות עצביות, אתר פעולתן הוא מחוץ למערכת העצבים המרכזית.

מקרומולקולות הידרופיליות (גודלה הממוצע של תרכובת antisense הוא כ-5,000 דלטון) כדוגמת תרכובות antisense אינן יכולות לחדור למוח בשל מחסום הדם-מוח(blood brain barrier – BBB) , המונע את כניסתo של כ-95% מכלל התרכובות המפותחות לטיפול במחלות מערכת העצבים המרכזית.

החדרת מקרומולקולות דרך מחסום דם-מוח היא אתגר רוקחי ואין בנמצא כיום טכנולוגיה המאפשרת העלאת החדירות דרך מחסום דם-מוח שאינה כרוכה בפרוצדורה חודרנית, בכליאה של התרכובות באורגנלות תוך-תאיות (אנדוזום, ליזוזום), או בשיפור משמעותי מקביל של החדרה דרך ממברנות תאי עצב או תאי תמך.

מספר עבודות שנעשו במודלים של נזק מוחי טראומטי ((stroke, TBI, או מצבי עקה ממושכים בהם נפגעת פעילות ה- BBB[2,3], הצביעו על האפשרות שניתן יהיה ליישם את טכנולוגיית ה-antisense במצבים אלו. שיעור ומשך פתיחת הBBB-, חלון הזמן התרפויטי, והצורך במתנים חוזרים, מצביעים על כך, שבדומה לתרכובות אחרות שאינן חודרות באופן משמעותי את מחסום הדם-מוח, ללא פיתוח טכנולוגיית מעבר – הישימות הקלינית מוטלת בספק.

בתחילת שנות ה-90 פותחו אנלוגים ייחודים של חומצת גרעין מסוג Peptide Nucleic Acids (PNA).
תרכובות אלו שונות במבנן הבסיסי מתרכובות ה- antisenseהקודמות (Oligodeoxynucleotide (ODN בכך, שהמבנה הסוכרי המאפיין את שלד חומצות הגרעין הוחלף בשלד דמוי פפטיד – (תמונה1). לתרכובות אלו תכונות יציבות וקישור משופרות, ובנוסף, כיוון שהטכנולוגיה המשמשת לייצור antisense על בסיס PNA זהה לטכנולוגיה המשמשת לייצור פפטידים, עשויה הטמעת תרכובות אלו בתעשייה התרופתית להיות קלה יחסית. יחד עם זאת, תרכובות אלו נמצאות עדיין בשלבי פיתוח, מאחר שהן אינן חודרות את ממברנת התא בצורה יעילה וזמינותן הביולוגית נמוכה.

בסוף שנות ה-90 התפרסמה סדרת עבודות ממעבדתו של פרופ' אליוט ריקלסון (Mayo Clinic), הטוענות שלאחר הזרקה לחלל הצפק, תרכובות PNA חודרות את מחסום הדם-מוח ומורידות ביטוי חלבונים מוחיים [4]. עבודות אלו לא שוחזרו במחקרים נוספים, וכיום מקובל להניח שתרכובות PNA אינן עוברות את מחסום הדם-מוח [5].

מאחר שתרכובות על בסיס PNA מאפשרות הטמעת טכנולוגיות פפטידיות לתחום חומצות הגרעין, ניתן לתכנן תרכובות בעלות יכולת מעבר דרך מחסומים ביולוגיים, כדוגמת מחסום דם-מוח (תכונת הפפטיד), ובמקביל לשמר את תכונות הקישור (תכונת חומצת הגרעין). שתי הטכנולוגיות המובילות בהעברת פפטידים דרך מחסום דם-מוח הן טכנולוגיות המבוססות על הקניית מטען חיובי (Absorptive Mediated Ttranscytosis – AMT), או לחלופין שימוש בליגנדים הנקשרים לקולטנים המתבטאים ביתר במחסום דם-מוח (Receptor Mediated Transcytosis).

פרופ' יהושוע כצהנדלר (בית הספר לרוקחות, המחלקה לכימיה מדיצינלית) סינתז סדרה של מונומרים על בסיס תרכובת PNA, שבתנאים פיזיולוגים עוברים תהליכי יינון ונטענים במטען חיובי .(IP-PNA) מאחר שתרכובת antisense מורכבת משרשרת (אוליגומר) של כ-15 תרכובות (מונומרים) PNA, ניתן היה לסנתז תרכובות בהן שעור המטען ופיזורו מאפשרים העלאה משמעותית במידת חדירתן של התרכובות, הן במערכות מודל נוירונליות תאיות in vitro (תמונה 2) והןin vivo (תמונה 3), וזאת על ידי ניצול מנגנון .AMT תרכובות אלו שומרות על תכונות קישור סלקטיביות לרצף המשלים של חומצות גרעין (תמונה 4) גם בריכוזים גבוהים. שימוש בתרכובות אלו אינו גורם נזק תאי ואינו פוגע במחסום הדם-מוח.

אבני בניין אלו שפותחו ע"י כצהנדלר משמשות את חברת PharmaSense לפיתוח תרכובות antisense לצורך טיפול במחלות עצביות ניווניות, כדוגמת Parkinson's Disease. חברות PharmaSense ו-KernelBiopharma הן חברות העוסקות בפיתוח תרכובות על בסיסPNA למטרות טיפול במחלות מערכת העצבים המרכזית (Multiple Sclerosis, Alzheimer's disease, ALS, etc.). גודל השוק למחלות אלו מוערך בכ-67.8 מיליארד דולר.

חברת PharmaSense וחברתLtd. KernelBiophama הן חברות הזנק ביוטכנולוגיות ישראליות, העוסקות בפיתוח טכנולוגיות המבוססות על חומצות גרעין, לצורך טיפול במחלות מערכת העצבים המרכזית

הכותבים:
דר' יצחק למנסדורף, ד"ר רינת בורנשטיין- חברת KernelBiopharma Ltd

פרו"פ יהושע כצהנדלר- המחלקה לכימיה תרופתית וחומרי טבע, בית הספר לרוקחות של האוניברסיטה העברית.

לתגובות:
itschak@kernelbiopharma.com

הכותבת פרופ' אלקה טויטו- יו"ר ועדת הלימודים, בית- הספר לרוקחות, האוניברסיטה העברית בירושלים

מקורות:

1. McCarthy MM., Use of antisense oligonucleotides in the central nervous system; why such a success? Applied Antisense Oligonucleotide Technology; 15: 283-286, 1998
2. Parmentier – Batteur et al., Antisense oligodeoxynucleotide to induicible nitric oxide synthase protects against focal cerebral ischemia – induced brain injury. J Cereb. Blood Flow Metab; 21: 15-21, 2001
3. Shohami et al., Antisense prevention of neuronal damages following head injury in mice. J Mol Med; 78: 228-236, 2000
4. Tyler et al,Peptide nucleic acids targeted to the neurotensin receptor and administrated i.p. cross the blood-brain-barrier and specifically reduce gene expression. PNAS; 96: 7053-7058, 1999
5. He bec M. Are PNAs a match for the BBB? Drug Discov Today; 8: 337-378, 2003