Cistična fibroza (CF) je jedan od najčešćih genetskih poremećaja u svetu. Bolest inficira skoro 70.000 ljudi širom sveta, a otprilike jedan od 30 Amerikanaca je nosilac. CF je uzrokovan mutacijama u genu transmembranskog regulatora cistične fibroze (CFTR) kod ljudi, a više od 2.000 mutacija je okarakterisano kod ljudi sa CF (PvCF). CFTR mutacije izazivaju fiziološke promene koje dovode do hroničnih infekcija pluća, čiji je glavni krivac neobičan fenotip Pseudomonas aeruginosa nazvan „mukoid“.
Decenijama je hronična infekcija pluća bila odgovorna direktno ili indirektno za 70% prevremenih smrti u PvCF. Međutim, osnovno otkriće CFTR gena 1989. dovelo je do razvoja malih molekula koji mogu modulirati aktivnost CFTR. Odobrenje leka Trikafta zasnovanog na malim molekulima iz 2019. pružilo je nadu PvCF-u i njihovim porodicama za mnogo produžen životni vek. Ovaj oralni lek modifikuje aktivnost aberantnih CFTR proteina u 90% PvCF. Daje se dva puta dnevno ili u obliku granula za decu od 2 do 6 godina, ili kao tablete za decu stariju od 6 godina. Dobro se toleriše, ali može imati toksičnost za jetru i širok spektar interakcija između lekova.
Dva naučnika, dr Peter Gilligan, bivši direktor laboratorija za kliničku mikrobiologiju-imunologiju u bolnicama Univerziteta Severne Karoline (UNC) i Rhianna Lee, dr, koja radi u Institutu za pluća Marsico/UNC Cistic Fibrosis Centar, opišite bitku za borbu protiv CF plućne bolesti i izuzetan napredak nauke u ovoj borbi.
Giligan: Dok se približavam svom 50. okupljanju na fakultetu, vreme je za razmišljanje. Svaki odraz tog vremena mora uključivati mog četvorogodišnjeg cimera, Leona. Meni nepoznat, Leon je živeo na pozajmljeno vreme kada sam ga upoznao, jer je imao cističnu fibrozu. Godine 1969, srednji očekivani životni vek PvCF-a bio je 14 godina. Leonov san je bio da diplomira na Časnom krstu, što smo sa ponosom i uradili 1973. Preminuo je četiri godine kasnije. Njegov život i iskustvo u borbi protiv CF dali su inspiraciju za moje naučno putovanje, koje traje do danas.
Li: Imao sam 8 godina kada sam prvi put čuo reči cistična fibroza. Dijagnoza je data kao razlog iznenadne hospitalizacije mog brata. Tada je imao 3 meseca, ali te reči su od tada definisale svaki trenutak njegovog života – i mog. U to vreme, znao sam vrlo malo o bolesti ili njenim implikacijama, samo što su se moji roditelji plašili šta CF može značiti za mog brata. Sedela sam sa njim kroz nebrojene tretmane disanja, ohrabrivala ga tokom boravka u bolnici i sve vreme crpila nadu iz uticaja koje je istraživanje imalo na njegovu prognozu. Sa 12 godina odlučio sam da jednog dana budem deo istraživanja koje je aktivno menjalo život mog brata.
Epitel disajnih puteva služi kao vitalna barijera između tela i spoljašnjeg sveta, štiteći od uzimanja udahnutih čestica, hemikalija, alergena i patogena. Udahnuti materijali bivaju zarobljeni u izlučenoj sluzi i uklanjaju se iz disajnih puteva kroz proces poznat kao mukocilijarni klirens (MCC), u kojem pokretne cilije udaraju na koordinisan način kako bi pomerile čestice gore i van respiratornog trakta. Pravilna hidratacija epitela disajnih puteva i sloja sluzi koji ga prekriva je ključ za produktivan MCC.
CFTR gen kodira epitelni jonski kanal, koji izvodi hlorid (Cl-) i bikarbonat (HCO3) iz epitelnih ćelija u lumen disajnih puteva. Voda prati ove molekule, čime hidrira površinski sloj disajnih puteva (ASL) i sloj sluzi koji pokriva epitel disajnih puteva. Kod CF, odsutan ili nefunkcionalan CFTR dovodi do dehidracije ASL-a i nakupljanja guste, lepljive sluzi, koju MCC ne može transportovati. Patogeni postaju zarobljeni u ovim abnormalnim sekretima pluća, što dovodi do hronične infekcije i uporne upale.
Glavni patogen odgovoran za hroničnu infekciju pluća kod pacijenata sa CF je mukoidna Pseudomonas aeruginosa (PA), koja raste kao mikrokolonije u disajnim putevima CF. Ove mikrokolonije se sastoje od gram-negativnih bacila umotanih u polisaharid, alginat i agregiranih u biofilmove. Alginat daje kolonijama njihov mukoidni izgled.
Mukoidni PA je otporan na MCC, fagocitozu i antimikrobnu terapiju što omogućava uspostavljanje hronične infekcije, što često dovodi do hronične upale. Kombinacija uzrokuje progresivno oštećenje plućne arhitekture, što rezultira sve lošijom funkcijom pluća. Tokom godina, ovo na kraju dovodi do transplantacije pluća ili smrti. Drugi važni patogeni koji se susreću kod hroničnih infekcija pluća CF uključuju Staphilococcus aureus (posebno sojeve otporne na meticilin), kompleks Burkholderia cepacia, kompleks Micobacterium abscessus i gljivicu Aspergillus fumigatus. PvCF takođe doživljava akutne infekcije respiratornim virusima kao što su respiratorni sincicijski virus RSV i grip, iako je uticaj virusa na hronične bakterijske infekcije manje siguran. Zanimljivo je da COVID-19 nije bio značajan uzrok morbiditeta i mortaliteta kod PvCF, pri čemu je blaga bolest norma.
Pejzaž lečenja CF dramatično se promenio sa razvojem modulatora CFTR malih molekula, koji se bave osnovnim uzrokom bolesti ispravljanjem savijanja proteina, trgovine, funkcije ili stabilnosti. Ovo rezultira poboljšanim MCC, ograničavajući hroničnu infekciju, posebno zbog mukoidnog PA. Prvi CFTR modulator, Kalideco, odobren je 2012. za PvCF koji nosi najmanje jednu kopiju varijante G551D. Kalideco je veoma efikasan, spasava oko 11% plućne funkcije – mereno kao forsirani izdahnuti volumen u jednoj sekundi, ili FEV1. Međutim, samo ~4% populacije CF je bilo podobno za ovaj tretman, na osnovu kriterijuma genotipa koji su inicijalno uspostavljeni.
Sledeći veliki napredak dogodio se 2015. godine, kada je Orkambi odobren za PvCF koji nosi dve kopije varijante F508del. F508del je najčešća varijanta CFTR, tako da je ovo pokrivalo oko 50% CF populacije. Međutim, Orkambi je bio manje efikasan od Kalideco-a, spasavajući samo ~3% plućne funkcije u kliničkim ispitivanjima u 2017. Kroz in vitro studije CFTR funkcije, kvalifikovanost Kalideco-a je proširena na 23 relativno retke CFTR varijante, proširujući tretman modulatorom na još 6% stanovništva.
Zatim je 2018. odobren Simdeco, pokazujući marginalna poboljšanja u odnosu na Orkambi. Konačno, 2019. godine, popularni lek, Trikafta, odobren je za PvCF koji nosi najmanje jednu kopiju F508del, najčešća varijanta koja pokriva ~80% populacije CF. Štaviše, Trikafta je najefikasniji CFTR modulator razvijen do danas, ispravljajući ~14% plućne funkcije u ispitivanjima.
Sve u svemu, CFTR modulatori su bili izuzetno uspešni u produžavanju očekivanog životnog veka i poboljšanju kvaliteta života za 90% PvCF, ali se razvoj terapija za preostalih 10% pokazao kao izazov. Ova grupa ima širok spektar izuzetno retkih CFTR varijanti. U stvari, više od 1.200 CFTR varijanti nosi pet ili manje ljudi širom sveta. Za ove pojedince, dobro opremljeno kliničko ispitivanje nikada neće biti moguće. Ova grupa takođe uključuje CFTR varijante koje izazivaju prevremene terminacione kodone, koji proizvode malo ili nimalo CFTR proteina i, prema tome, malo ili nimalo mete leka. Kako ovo polje pomera svoj fokus ka dugačkoj listi retkih, nelečenih CFTR varijanti, postaje jasno da će proširenje tretmana koji menja život na sve PvCF zahtevati novi pristup dizajnu i razvoju lekova.
Pre CFTR modulatora, briga o pacijentima sa CF je bila usmerena na mobilizaciju sekreta disajnih puteva, eradikaciju bakterijskih patogena i lečenje plućnih egzacerbacija.
Pošto su gusti, sluzavi sekreti koji se nalaze u disajnim putevima CF idealno stanište za određene bakterije, kao što su P. aeruginosa i S. aureus, mobilizacija i uklanjanje sekreta iz disajnih puteva je važan tretman za PvCF. Dugi niz godina, standardni tretman je bio da član porodice perkusira leđa i grudni koš PvCF-a da bi mobilisao guste, lepljive sluzokože. Moderniji pristup ovom tretmanu zahteva da pacijent nosi oscilirajući prsluk koji mobiliše sekret. Nakon fizioterapije grudnog koša, pacijent obično koristi nebulizator za isporuku tretmana uključujući DNK-azu i hipertonični fiziološki rastvor čineći sluzokožu manje lepljivom, vodenijom i lakšom za iskašljavanje.
Da bi se sprečilo uspostavljanje hronične infekcije PA, terapija eradikacije korišćenjem aerosolizovanih antimikrobnih sredstava postala je standard nege kod pacijenata sa CF, pri čemu je tobramicin najkorišćeniji antimikrobni lek. Međutim, iskorenjivanje je donekle pogrešan naziv, pošto je primarni cilj ove strategije da se odloži početak hronične infekcije. Pad prevalencije P. aeruginosa u PvCF sugeriše da je ovaj pristup, zajedno sa genetskim modifikatorima, odložio uspostavljanje infekcije.
Dužina i kvalitet života kod PvCF zasniva se na učestalosti plućne egzacerbacije. To je akutna manifestacija hroničnih infekcija pluća koje karakteriše groznica; povećan kašalj, proizvodnja sputuma i brzina disanja; gubitak težine i opadanje respiratorne funkcije, mereno spirometrijom. Ljudi sa čestim egzacerbacijama imaju češće hospitalizacije, lošiji kvalitet života i kraći životni vek. Egzacerbacije se obično leče sa dva ili tri intravenska (IV) antimikrobna sredstva tokom 14 dana. Ovaj tretman ne „leči“ infekciju. Umesto toga, smanjuje kliničke simptome i može obnoviti neku funkciju pluća. Međutim, kada se uspostavi hronična infekcija, oštećenje plućne arhitekture je nemilosrdno, što na kraju dovodi do transplantacije pluća ili smrti, tokom perioda od godina do decenija.
Otkrivanje CFTR gena 1989. podiglo je nadu da bi genska terapija mogla biti uspešna u preokretanju genetskog defekta u ovom genu. Dokaz koncepta kliničkog ispitivanja iz 1995. o transferu normalnog CFTR gena u nazalne epitelne ćelije korišćenjem adenovirusnog vektora bio je neuspešan. Usledilo je više pokušaja od kojih nijedna nije pokazala značajan uspeh.
Dvostruka transplantacija pluća je dokazan „lek“ za CF plućnu bolest. Prvi put urađeno u velikoj meri 1990-ih, srednji očekivani životni vek pacijenata sa transplantacijom CF je stalno rastao, dostigavši 9,5 godina do 2018. Međutim, američki registar pacijenata sa CF iz 2021. izveštava da je komplikacija transplantacije pluća bila druga posle hronične infekcije pluća kao uzrok smrti. Sa širokom dostupnošću trostrukih CFTR modulatora, broj transplantacija CF pluća je naglo opao. Jasno je da se CFTR modulatori procenjuju kao bolje opcije od transplantacije CF pluća u zbrinjavanju većine PvCF.
Uspeh visoko efikasnih CFTR modulatora naglašava važnost korekcije osnovnog uzroka CF. Dok modulatori deluju na nivou proteina, dugotrajno izlečenje će zahtevati gledanje uzvodno da bi se ispravio genetski defekt na nivou DNK. Teoretski, ovo se može postići jednim od tri pristupa:
Najveća prepreka sa kojom se suočava svaki od tri pristupa je isporuka.
Epitel disajnih puteva ima vitalnu zaštitnu ulogu tako što drži strane čestice izvan ljudskog tela. Nažalost, ovi mehanizmi ne mogu razlikovati štetne čestice koje se udiše i one koje se isporučuju terapeutski. Prema tome, sluz disajnih puteva i MCC predstavljaju glavnu prepreku efikasnoj primeni vektora za uređivanje gena, gensku terapiju ili ćelijsku terapiju. Za uspešnu korekciju ili zamenu gena moraju se razviti metode za bezbedno i privremeno prevazilaženje epitelne barijere disajnih puteva.
Li: Od dijagnoze mog brata 2001. godine do danas, očekivani životni vek za CF se povećao za skoro 20 godina. Ovaj napredak se može pripisati razvoju boljih tehnika čišćenja disajnih puteva, antimikrobnih tretmana i visoko efikasnih CFTR modulatora. Ovo poslednje zahteva posebno priznanje. Trikafta je nesumnjivo promenila putanju života mog brata. Iako su priče poput njegove razlog za veliko slavlje, otrežnjujuća stvarnost je da mnogi PvCF još uvek čekaju na svoje revolucionarne terapije. Njihova stalna borba protiv CF i nada koju pružaju nedavna otkrića inspirišu mene i mnoge druge da nastavimo da radimo na leku za CF.
