25 BOLNIKU PRILAGOJENO ZDRA VLJENJE Izr. prof. dr. Branko Zakotnik, dr. med. Onkološki inštitut Ljubljana, Sektor internisti čne onkologije bzakotnik@onko-i.si IZVLE ČEK V zadnjem desetletju se je z napredkom molekularne biologije in novih tehnologij, ki omogo čajo analizo prakti čno celotnega genoma, pojavil po- jem tako imenovane personalizirane medicine oziroma bolniku prilagojeno zdravljenje. Z napredkom znanja na podro čju molekularne biologije celice in genetike je prišlo v zadnjem času do odkritij mutacij, ki so odgovorne za rast in razmnoževanje rakastih celic – gonilnih mutacij (angl. driver muta- tions). Te mutacije služijo kot tar če za razvoj zdravil, ki zavirajo posledice take mutacije in ne vplivajo na zdrave celice, imenujemo jih tar čna zdra- vila. Prav tako je mogo če na osnovi mutacij lo čiti bolnike po odstranitvi primarnega tumorja na tiste, ki imajo visoko tveganje za ponovitev bolezni, in tiste, ki so z lokalnim zdravljenjem že pozdravljeni. Poleg tega pa so z isto tehnologijo ugotovili, da so tudi mehanizmi za metabolizem zdravil, ki jih uporabljamo za zdravljenje, lahko med posamezniki razli čni, zaradi česar isto zdravilo v enakem odmerku ni primerno za vse. S tem podro čjem se ukvarja farmakogenomika. Ob upoštevanju vseh teh dejstev je prihodnost bolniku prilagojenega zdravljenja v izdelavi genskih podpisov za posamez- ne rake. Na osnovi takšnega podpisa bo odlo čitev o zdravljenju bistveno bolj individualna kot danes. Glavna ovira za uspešnost takšnega zdravljenja pa je razvoj odpornosti proti zdravilom, ki je posledica osnovne lastnosti celice, ki jo je pridobila skozi evolucijo. S kombinacijo tar čnih zdravil in z novimi dognanji o mehanizmih odpornosti je mogo če v bodo čnosti pri čakovati še boljši izid zdravljenja. Klju čne besede: genski podpis, farmakogenomika, tar čna zdravila 26 UVOD V zadnjem desetletju se je z napredkom molekularne biologije in novih teh- nologij, ki omogo čajo analizo prakti čno celotnega genoma, pojavil pojem tako imenovane personalizirane medicine, ki ga lahko prevedemo kot posa- meznemu bolniku prilagojeno zdravljenje. Še posebej to velja za podro čje zdravljenja raka, saj gre za bolezen, ki postaja zaradi staranja prebivalstva najpomembnejši zdravstveni problem. Pri moških je rak vodilni vzrok umrl- jivosti v velikem številu držav v Evropi, tudi v Sloveniji, in drugi vzrok umrljivosti pri ženskah. Ravno z napredkom znanja na podro čju molekular- ne biologije celice in genetike je prišlo v zadnjem času do odkritij mutacij, ki so odgovorne za rast in razmnoževanje rakastih celic – gonilnih mutacij (angl. driver mutations), torej so odgovorne za rast tumorja in metastaz. Te mutacije služijo kot tar če za razvoj zdravil, ki zavirajo posledice take mu- tacije in ne vplivajo na zdrave celice, imenujemo jih tar čna zdravila. Prav tako lahko na osnovi teh mutacij lo čimo bolnike po odstranitvi primarnega tumorja na tiste, ki imajo visoko tveganje za ponovitev bolezni, in tiste, ki so z lokalnim zdravljenjem pozdravljeni. Poleg tega pa so z isto tehno- logijo ugotovili tudi, da so tudi mehanizmi za metabolizem zdravil, ki jih uporabljamo za zdravljenje, lahko med posamezniki razli čni, zaradi česar isto zdravilo v enakem odmerku ni primerno za vse. S tem podro čjem se ukvarja farmakogenomika. Ravno z novimi spoznanji in tehnologijami pa odkrivamo tudi vse ve čjo kompleksnost mehanizmov primarne in sekundar- ne odpornosti rakavih celic proti zdravilom, ki predstavlja velike omejitve za uspeh personalizirane medicine na podro čju raka. Bolniku prilagojeno zdravljenje torej temelji na principih molekularne biologije, ki nam omo- goča izbor najprimernejšega zdravljenja pri posameznem bolniku ob upo- števanju farmakogenomike (Van ‹t Veer, Bernards, 2008; Weng et al., 2013; Yamayoshi, Iida, Tanigawara, 2005). BOLNIKU PRILAGOJENO ZDRA VLJENJE Z ZDRA VILI Kljub uspešnemu lokalnemu zdravljenju s kirurgijo, obsevanjem ali kombi- nacijo obeh metod se rak velikokrat ponovi, tako lokalno kot oddaljeno, in ve činoma bolniki z rakom umirajo zaradi zasevkov v drugih organih, torej zaradi sistemskega razsoja bolezni. Seveda se rak ne ponovi pri vseh po lokalnem zdravljenju. To je odvisno tako od velikosti primarnega tumor- ja, prizadetosti podro čnih bezgavk, kakor tudi od lastnosti samega tumorja (stopnje malignosti). Že ti trije klasi čni dejavniki lahko napovejo verjetnost 27 za ponovitev bolezni pri posameznem bolniku in nam že od za četkov dopol- nilnega (adjuvantnega) zdravljenja pomagajo pri odlo čitvah, katere bolnike bomo dopolnilno zdravili in katere ne. To lahko štejemo za za četke bolniku prilagojenega zdravljenja. Seveda je napoved s temi klasi čnimi dejavniki manj zanesljiva kot z dodatno molekularno analizo lastnosti tumorja, ki nam jo omogo čajo moderni postopki molekularne biologije. V postopku, ki je shematsko prikazan na sliki 1, izberemo skupino genov pri neki rakavi bole- zni, ki nam napovedujejo ponovitev bolezni. Z gensko analizo dolo čimo, če so mutirani ali ne. Te podatke obdelamo s pomo čjo bioinformatike in tako dobimo tako imenovani genski podpis (Van ‚t Veer, Bernards, 2008). Na osnovi teh spoznanj je pri posameznem bolniku lahko ta genski podpis »slab« in z zelo veliko verjetnostjo napoveduje ponovitev bolezni. Pri teh bolnikih je dopolnilno zdravljenje smiselno, saj pri čakujemo zelo veliko ab- solutno korist. Nasprotno pa pri bolnikih z »dobrim« podpisom dopolnilno zdravljenje ni smiselno, saj bi se bolezen pri njih ponovila le izjemoma, izpostavljeni pa bi bili dopolnilnemu zdravljenju, ki ponavadi ni brez sopo- javov. Nato preidemo na drugo fazo postopka posameznemu bolniku prila- gojenega zdravljenja (ki je podoben tako za dopolnilno zdravljenje kot za zdravljenje razsejane bolezni), to je izbira najprimernejšega zdravila oziro- ma zdravil na osnovi mutacij(e) v tumorju pri tem bolniku, ki je odgovorna za rast tumorja. Če ta proces lahko zaustavimo, maligne celice propadejo, zdravim pa ne škodujemo v tolikšni meri, ker take mutacije nimajo. S tem lahko z dopolnilnim zdravljenjem bolnika pozdravimo oziroma zazdravimo pri bolezni, ki je razsejana. Prvo tako bolniku prilagojeno zdravljenje je bilo že pred mnogimi leti (proti)hormonsko zdravljenje raka dojk pri bolnicah, ki so imele prekomerno izražene hormonske receptorje. Princip ostaja enak, dolo čamo pa vrsto drugih mutiranih ali prekomerno izraženih genov, na ka- tere lahko s tar čnimi zdravili vplivamo, in izberemo tista, ki so primerna za posameznega bolnika. Za zares bolniku prilagojeno zdravljenje bi morali vklju čiti še tretjo fazo pri izboru zdravljenja, to je farmakogenomiko. Pod tem pojmom razumemo povezavo med humano genetiko in odgovorom na zdravila; to je veja farmakologije, ki raziskuje in iš če mutacije genov, ki so odgovorni za metabolizem zdravil, transport zdravil v telesu, in molekularne tar če za ta zdravila (Weng et al., 2013; Yamayoshi, Iida, Tanigawara, 2005). Raziskav na tem podro čju je precej (Gori čar, 2014; Gori čar, 2015), v praksi zaenkrat genskih analiz ne uporabljamo rutinsko, vsekakor pa bo v bodo če tudi to nekaj dodalo k uspehu zdravljenja in kon čnemu cilju - ozdravitvi. 28 OMEJITVE BOLNIKU PRILAGOJENEGA ZDRA VLJENJA Brez mutacij v genih ne bi bilo raka, seveda pa brez njih tudi ne bi bilo evolu- cije. Darwinovo na čelo selekcije in obstanka vrst velja tudi za rakave celice. Celica ima namre č vrsto vgrajenih mehanizmov, da se izogne nekemu strupu (zdravilu), ki bi sicer povzro čilo njeno smrt, in preživi, se deli naprej, vse h če- rinske celice pa to lastnost obdržijo – tumor postane odporen proti zdravilom. Nekateri tumorji imajo to sposobnost bolj izraženo kot drugi, odvisna pa je tudi od mase tumorskih celic ob za četku zdravljenja, saj je število mutacij odvis- no od števila celic in števila delitev (nekaj seveda tudi od dejavnikov okolja). Drug, morda še bolj pomemben dejavnik, ki ga pojasnjujejo raziskave, je znot- rajtumorska genetska variabilnost, tako v primarnem tumorju, predvsem pa ob ponovitvah po prvem zdravljenju (Gerlinger, 2012). Z jemanjem vzorcev iz ve č delov tumorja ali razli čnih metastaz ugotavljamo povsem razli čne mutacije in s tem tudi razli čno občutljivost/odpornost za tar čna zdravila in kemoterapijo. Morda je ena rešitev za ta izziv narave (poligenska odpornost raka proti zdra- vilom) racionalna kombinacija tar čnih zdravil in seveda dodatne raziskave na področju mehanizmov odpornosti proti tar čnim zdravilom (Al-Lazikani, 2012; Garraway, 2012). Druga takšna omejitev so sopojavi tega zdravljenja. Ob besedah bolniku pri- lagojeno zdravljenje poleg boljšega u činka pri čakujemo tudi, da bo imelo to zdravljenje bistveno manj sopojavov, saj deluje le na spremenjene tar če v ma- ligni celici. Vendar se je v praksi izkazalo, da je biologija celice bistveno bolj kompleksna, kot jo danes razumemo. Vsa ta zdravljenja imajo sopojave, ki se v veliki meri razlikujejo od sopojavov pri klasi čni kemoterapiji, najbolj na podro č- ju slabosti in bruhanja (za prepre čevanje tega imamo sicer danes zelo u činkovita zdravila) in toksi čnega vpliva na kostni mozeg. Tar čna zdravila imajo druga čne sopojave, ki pa niso predmet tega prispevka. Pojavlja pa se dodaten problem; ta zdravila se jemljejo ve činoma res skozi usta, vendar kontinuirano do razvoja odpornosti – napredovanja bolezni. Pri nekaterih lahko to traja precej dolgo (kar je sicer želeno), vendar pa lahko postanejo s časom sopojavi kljub podporne- mu zdravljenju tako mote či, da bolniki z zdravljenjem ne morejo nadaljevati oziroma je njihova kakovost življenja mo čno zmanjšana. Seveda pa vsa tar čna zdravila niso enaka, saj imajo razli čna prijemališ ča in na čine delovanja. Tretja omejitev je dostopnost do teh zdravil zaradi cene zdravila, ki pa na sre čo v Sloveniji, ki ima dobro javno zdravstvo in zaenkrat stabilno fi nanciranje, ni v ospredju,. 29 ZAKLJU ČEK Z novimi dognanji molekularne biologije smo odkrili nekaj mutacij, ki so odgovorne za nastanek in rast rakavih celic. S tem vstopamo v novo obdo- bje, ko bomo lahko z novimi tehnologijami in s pomo čjo bioinformatike razvozlali zapleten mehanizem nastanka, razmnoževanja in umiranja raka- vih celic ter z novo biotehnologijo pridobivanja novih molekul, ki bodo te procese zavirale, obvladovali raka. Vprašanje pa je, če ga bomo povsem obvladali, morda v zelo daljni bodo čnosti. Slika 1. Izdelava genskega podpisa, Branko Zakotnik, 2015 VIR: lasten BIOINFORMATI NAANALIZA IZBOROPTIMALNEGAŠTEVILAGENOV Slika 1. Izdelava genskega podpisa, Branko Zakotnik, 2015 VZORCITUMORJEVBOLNIKOVZ ZNANIMPOTEKOMBOLEZNI ŠIROKAANALIZAGENSKEEKSPRESIJE SKUPINABOLNIKOVBREZ RAZSOJABOLEZNI SKUPINABOLNIKOVZRAZSOJEM BOLEZNI IZBORGENOV,KIDOLO AJO PROGNOZO GENSKIPODPIS DOBER SLAB 30 LITERATURA See comment in PubMed Commons below Al-Lazikani B, Banerji U, Workman P. Combinatorial drug therapy for cancer in the post- -genomic era. Nat Biotechnol. 2012 Jul 10;30(7):679-92. Garraway LA, Jänne PA. Circumventing cancer drug resistance in the era of personalized medicine. Cancer Discov. 2012 Mar;2(3):214-26. Gerlinger M, Rowan AJ, Horswell S, Larkin J,et al. Intratumor heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion sequencing. N Engl J Med. 2012 Mar 8;366(10):883-92. Gori čar K, Kova č V , Jazbec J, Zakotnik B, Lamovec J, Dolžan V .Genetic variability of DNA repair mechanisms and glutathione-S-transferase genes infl uences treatment outcome in osteosarcoma. Cancer Epidemiol. 2015 Jan 12, Ahead of print. Gori čar K, Kova č V, Jazbec J, Zakotnik B, Lamovec J, Dolžan V. Infl uence of the folate pathway and transporter polymorphisms on methotrexate treatment outcome in osteosarco- ma. Pharmacogenet Genomics. 2014 Oct;24(10):514-21. Laura J. van ‚t Veer, René Bernards. Enabling personalized cancer medicine through analysis of gene-expression patterns. Nature. April 2008 ; 452(3), 564-570. Li Ming Weng, Li Zhang, Yan Peng, R Stephanie Huang. Pharmacogenetics and Pharmaco- genomics: A Bridge to Individualized Cancer Therapy. Pharmacogenomics. 2013;14(3):15- 24. Yamayoshi Y, Iida E, Tanigawara Y. Cancer pharmacogenomics: international trends. Int J Clin Oncol. 2005 Feb;10(1):5-13.