Budowa układu odporności i działanie jego elementów

06.11.2016

Terapia genowa – czym jest i jej perspektywy


Źródło: Laboratoria.net, Autor: Magdalena Maniecka

Rozwój inżynierii genetycznej zaowocował powstaniem nowego nurtu w lecznictwie, polegającego na wprowadzaniu do organizmu obcych kwasów nukleinowych w celach terapeutycznych. Aktualnie terapia genowa nastawiona jest na dwa tematy: rekompensacja defektów genetycznych poprzez wprowadzenie właściwych sekwencji DNA oraz wyciszanie ekspresji tych genów, których produkty białkowe są szkodliwe dla organizmu.

Kategoria: General
Napisał: admin

Rozwój inżynierii genetycznej zaowocował powstaniem nowego nurtu w lecznictwie, polegającego na wprowadzaniu do organizmu obcych kwasów nukleinowych w celach terapeutycznych. Na przestrzeni ostatnich 20 lat trwały intensywne badania nad skutecznością metod i bezpieczeństwem ich stosowania. Aktualnie terapia genowa nastawiona jest na dwa tematy: rekompensacja defektów genetycznych poprzez wprowadzenie właściwych sekwencji DNA oraz wyciszanie ekspresji tych genów, których produkty białkowe są szkodliwe dla organizmu. Mimo mnogości dostępnych technik, zarówno niewirusowych, jak i wirusowych oraz nieustannego rozwoju metodologii zastosowanie tej terapii w praktyce jest znacznie trudniejsze niż początkowo przypuszczano. Obecnie terapia genowa ma charakter głównie eksperymentalny. Wyzwaniem dla naukowców jest uczynienie z niej metody skutecznej i w pełni bezpiecznej dla pacjentów.

U wszystkich organizmów żywych informacja genetyczna zawarta jest w kwasach nukleinowych, u większości z nich jest to DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy. To specyficzne sekwencje zasad w DNA stanowią instrukcję do tworzenia białek, a zarazem determinują naszą przynależność do gatunku, wygląd i funkcjonowanie organizmu. Taką informację posiada każda komórka, co umożliwia organizmowi prawidłowe funkcjonowanie. Problem zaczyna się wtedy, gdy informacja zawarta w DNA zostanie zmieniona poprzez mutację. Może wtedy dojść do niepożądanych zmian w ilości lub strukturze białek, prowadzących do poważnych dysfunkcji organizmu. Już w latach 1902 – 1909 A. Garrod odkrył, iż defekty genetyczne powodujące utratę enzymu są przyczyną dziedzicznych chorób metabolicznych. Wiele lat później S. Cohen i H. Boyer opracowali podstawy inżynierii genetycznej, która umożliwiła narodzenie się nowego nurtu, pozwalającego na leczenie tego typu schorzeń już u samego ich podłoża, na poziomie sekwencji DNA [3].

Termin „terapia genowa” został wprowadzony przez Elizabeth i Wacława Szybalskich, naukowców, którzy w roku 1962 po raz pierwszy przeprowadzili transformację genetyczną komórek eukariotycznych. Dzięki zastosowaniu roztworu fosforanu wapnia udało im się wprowadzić fragmenty genomowego DNA do ludzkich komórek szpiku [9,10]. Natomiast pierwszy przykład zastosowania samej terapii genowej u człowieka miał miejsce we wczesnych latach 90-tych zeszłego stulecia w USA. Leczenie dotyczyło ciężkiego niedoboru odporności spowodowanego mutacją w genie deaminazy adenozynowej (ADA) i polegało na transferze prawidłowego genu ADA do limfocytów czteroletniej pacjentki. Od tej pory do roku 2004 przeprowadzono ponad 900 prób klinicznych terapii genowej na całym świecie, większość z nich w USA, Wielkiej Brytanii, Niemczech i Szwajcarii, do roku 2007 było ich już 1200, a w chwili obecnej prowadzonych jest 1714 prób klinicznych terapii genowej na całym świecie [17]. Mimo tak wielkiej ilości prób i doświadczeń terapia genowa nadal pozostaje eksperymentalną dziedziną medycyny. Większość strategii i metod transformacji komórek jest na etapie doświadczeń laboratoryjnych [7,13].

Limfocyty B

Limfocyty B i T stanowią dwa główne rodzaje limfocytów. Komórki B działają głównie przez wydzielanie do płynów organizmu substancji zwanych przeciwciałami. Przeciwciała wyłapują krążące we krwi antygeny. Jednak nie posiadają one zdolności do przenikania do komórek. Zadanie atakowania komórek docelowych – albo komórek zakażonych przez wirusy – albo komórek zaatakowanych przez raka pozostaje komórkom T lub innym komórkom odporności (opisanymi poniżej).

Każda komórka B jest zaprogramowana na produkcję jednego specyficznego przeciwciała. Na przykład jedna komórka B produkuje przeciwciało, które blokuje wirus wywołujący przeziębienie, podczas gdy inna produkuje przeciwciało które atakuje bakterię wywołującą zapalenie płuc.

Jeśli komórka B napotka spustowy antygen, to uruchamia wzrost wielu dużych komórek znanych jako komórki plazmatyczne. Każda komórka plazmatyczna stanowi wyspecjalizowaną fabrykę przeciwciał. Każda komórka plazmatyczna jest potomkiem komórki B i wytwarza miliony identycznych przeciwciał uwalnianych do krwi. Przeciwciało pasuje do antygenu tak jak klucz do zamku. Niektóre pasują bardzo dokładnie inne bardziej jak wytrych. Ale gdziekolwiek przeciwciało i antygen się połączą przeciwciało zaznacza antygen że jest do zniszczenia. Przeciwciała należą do rodziny dużych cząsteczek znanych jako immunoglobuliny. Różne rodzaje przeciwciał pełnią różne funkcje w strategii obrony immunologicznej.

  •      IgA (tzw. immunoglobulina błonowa) pełni główną rolę w mechanizmie odpornościowym błon śluzowych (1) układu oddechowego (2) przewodu pokarmowego, (3) układu moczopłciowego.
  •      IgG (immunoglobuliny G) potrafią opłaszczać drobnoustroje, przyspieszając ich wychwytywanie przez inne komórki układu odporności.
  •      IgM jest bardzo skuteczne w zabijaniu bakterii.
  •      IgA koncentruje się w wydzielanych płynach – łzach, ślinie wydzielinie układu oddechowego, przewodu pokarmowego, dróg rodnych dozorując wejścia do organizmu.
  •      IgE , jej pierwotna funkcja to prawdopodobnie ochrona przed zakażeniem parazytami, a jest odpowiedzialna za objawy alergii.
  •      IgD pozostaje przyłączona do komórek B i pełni kluczową rolę w inicjacji wczesnej odpowiedzi komórek B.

Komórki T (limfocyty T)

W odróżnieniu do komórek B, komórki T nie rozpoznają swobodnie krążących antygenów. Raczej ich powierzchnia posiada wyspecjalizowane receptory (tzw. antibody-like receptors), które rozpoznają fragmenty antygenów na powierzchni zakażonych lub rakowych komórek. Komórki T biorą udział w obronie immunologicznej na dwa główne sposoby: niektóre kierują i regulują odpowiedzią odpornościową; inne atakują bezpośrednio komórki zakażone lub zmienione nowotworowo.

Limfocyty Th (helper T cells) koordynują reakcje odpornościowe poprzez komunikowanie się z innymi komórkami. Niektóre stymulują znajdujące sie pobliżu komórki B do produkcji przeciwciał, inne wzywają komórki żerne zwane fagocytami, inne wreszcie aktywują inne komórki T.

Limfocyty T cytotoksyczne, nazywane również limfocytami Tc (Cytotoxic T Lymphocytes - CTLs) pełnią różne zadania. Komórki te bezpośrednio atakują inne komórki, które noszą pewne obce lub nieprawidłowe cząsteczki na swej powierzchni. Limfocyty T cytotoksyczne są szczególnie użyteczne w obronie przed wirusami, gdyż wirusy są często schowane przed innymi elementami układu odporności ponieważ wirusy często namnażają się wewnątrz zakażonych komórek. Komórki te potrafią wykryć nawet niewielkie fragmenty wirusa sterczące poprzez błonę komórkową zakażonej wirusami komórki i przypuścić na nią atak aby ją zniszczyć.

W większości przypadków komórki T mogą rozpoznać antygen tylko jeśli jest on niesiony na powierzchni komórek, przez własne cząsteczki MHC (major histocompatibility complex = główny kompleks zgodności tkankowej). Cząsteczki MCH to białka uznawane przez komórki T gdy rozróżniają własny – obcy. Własne cząsteczki MHC tworzą rozpoznawalne rusztowanie służce do prezentowania komórkom T obcych antygenów. 

Wprawdzie cząsteczki MHC są potrzebne limfocytom Tc by zaatakować obcych najeźdźców, to stwarzają one problemy w przypadku przeszczepu narządów. Każda komórka organizmu posiada na swej powierzchni białka MHC, zaś każdy człowiek ma swój odrębny zestaw tych białek. Jeśli limfocyt Tc rozpozna cząsteczki "obcego" MHC na powierzchni jakiejś komórki, a tak się dzieje przy przeszczepach, przystąpi do jej niszczenia. Dlatego trzeba dobierać dawców narządów posiadających najbardziej podobny do zestawu biorcy zestaw cząsteczek MH(głównego kompleksu zgodności tkankowej). Inaczej limfocyty Tc prawdopodobnie przypuszczą atak na przeszczepiony narząd i dojedzie do jego odrzucenia.

Komórki NK czyli komórki naturalni zabójcy (NK cells = Natural killer cells) są innym rodzajem białych krwinek klasy limfocytów. Tak jak limfocyty T cytotoksyczne (LTc), komórki NK są uzbrojone w granule wypełnione silnymi substancjami chemicznymi. Jednak podczas gdy zabójcze limfocyty T cytotoksyczne poszukują fragmentów antygenów przyłączonych do cząsteczek "swojego" MHC, komórki NK rozpoznają komórki, które nie posiadają cząsteczek "swojego" MHC. W związku z tym, komórki NK mają zdolność do atakowania różnych rodzajów obcych komórek.

Oba rodzaje zabójczych komórek zabijają poprzez kontakt. Zabójcy przyłączają się do celu, kierują na niego swe uzbrojenie i wywołują śmiertelną eksplozję substancji chemicznych.

Fagocyty i ich krewni

Fagocyty są dużymi białymi komórkami, które potrafią pożreć i strawić mikroby i inne obce cząsteczki. Monocyty są fagocytami, które krążą we krwi. Gdy monocyty przejdą do tkanek przekształcają się w makrofagi.

Wyspecjalizowane rodzaje makrofagów stwierdza się w wielu narządach: płucach,  nerkach, mózgu i wątrobie. Makrofagi pełnią wiele funkcji. Jak czyściciele, uwalniają organizm ze zużytych komórek i innych szczątek (śmieci). Demonstrują one kawałki obcych antygenów, tak aby zwrócić uwagę właściwych (odpowiednich) limfocytów. Kierują na zewnątrz niesamowitą mnogość potężnych sygnałów chemicznych, znanych jako monokiny, które są istotne dla odpowiedzi immunologicznej.

Inny rodzaj komórek układu odporności to granulocyty. Zawierają one granule wypełnione potężnymi substancjami chemicznymi, które pozwalają granulocytom na niszczenie mikroorganizmów. Niektóre z tych substancji, takie jak histamina biorą również udział w pro­cesach zapalenia i alergii.

Jednym z granulocytów, jest neutrofil, jest również fagocytem; używa on zgromadzonych  wcześniej substancji chemicznych do rozłożenia i strawienia mikrobów. Eozynofile i bazofile to inne granulocyty, które uwalniają ze swych granuli substancje chemiczne rozpylając je na  znajdujące się w pobliżu mikroby i szkodliwe komórki.

Komórki tuczne są bliźniaczymi komórkami bazofilów, poza tym, że nie są one krwinkami. Znajduje się je w tkankach: płucach, skórze, języku, błonie śluzowej wyścielającej jamę nosową i przewód pokarmowy, gdzie odpowiadają za objawy alergii.

Pokrewną strukturą są płytki krwi. Są to fragmenty komórek, które również zawierają gra­nu­le. Do funkcji płytek związanej z agregacją krwinek, krzepnięciem i leczeniem zranień należy również aktywacja odporności.

Cytokiny

Składowe układu odporności komunikują sie pomiędzy sobą poprzez wymianę chemicznych posłańców zwanych cytokinami. Te białka są wydzielane przez komórki i oddziałują na inne komórki, aby koordynować właściwą odpowiedź immunologiczną. Cytokiny obejmują zróżnicowany asortyment interleukin, interferonów i czynników wzrostu. Niektóre cytokiny są rodzajem chemicznych włączników, które włączają lub wyłączają pewne rodzaje komórek odporności.

Jedna z cytokin, interleukina 2 (IL-2), uruchamia produkcję komórek T przez układ odporności. Stymulujące odporność właściwości IL-2 czynią z niej tradycyjnie nadzieję w leczeniu szeregu schorzeń. Prowadzone są badania kliniczne testujące ich korzyści w innych chorobach takich jak rak, zapalenie wątroby typu C, zakażenie HIV i AIDS. Również inne cytokiny są badane dla ich potencjalnych korzyści terapeutycznych i zastosowań klinicznych.

Inne cytokiny przywabiają chemicznie poszczególne rodzaje komórek. Te tak zwane chemokiny są uwalniane przez komórki w miejscu uszkodzenia (urazu) lub zakażenia oraz wzywają inne komórki układu odporności do tego miejsca, aby pomogły naprawić uszkodzenie i zwalczyć intruzów. Chemokiny często odgrywają kluczową rolę w zapaleniu i są obiecującym celem dla nowych leków regulujących odpowiedź immunologiczną.

Układ dopełniacza

Układ dopełniacza zawiera ok. 25 białek, które działają wspólnie aby “dopełniać” akcję przeciwciał w niszczeniu bakterii. Dopełniacz wspomaga również uwalnianie organizmu z kompleksów antygen-przeciwciało. Białka dopełniacza, które powodują rozszerzenie naczyń krwionośnych i wywołują ich przepuszczalność, biorą udział w powstaniu zaczerwienienia, obrzęku, bólu, we wzroście temperatury i utracie funkcji co charakteryzuje odpowiedź zapalną.

Białka dopełniacza krążą we kwi w postaci nieaktywnej. Gdy pierwsze z białek dopełniacza zostanie aktywowane – typowo przez przeciwciało, które zarygluje antygenem, uruchamia się efekt domino. Każdy składnik (bierze) posiada swój udział w precyzyjnym łańcuchu kroków   zna­nych jako kaskada dopełniacza. Produktem końcowym jest cylinder, który wbija się w ścia­­nę komórki tworząc w niej dziurę (otwór). Płyny i cząsteczki wpływają i wypływają przez nią do komórki, która puchnie (brzęknie) i się rozpęka. Inne składniki układu dopełniacza czynią bakterie podatnymi na fagocytozę i/lub zwabiają inne komórki do tego rejonu.

Budowa układu odporności

Jak działa odporność?

Niedobory odporności

Jak dbać o odporność?

Aktualności

Europejska Agencja Leków (EMA) dopuściła do stosowania terapię genową w leczeniu ciężkiego złożonego niedoboru odporności w wyniku niedoboru deaminazy adezynowej (ADA-SCID), będącego skutkiem mutacji genetycznej - informuje New Scientist. O terapii genowej, czym jest i o jej perspektywach, można przeczytać na portalu laboratoria.net

14.06.2017

Źródło: Medycyna Praktyczna, Autor: Dr n. med. Ewa Duszczyk, Polskie Towarzystwo Wakcynologii

26-letnia kobieta wybiera się na półroczną podróż w celach turystycznych do Azji Południowej. Jakie szczepienia zaproponować w celu zmniejszenia ryzyka zachorowania podczas podróży? Pacjentka poddana była szczepieniom w ramach obowiązkowych szczepień ochronnych.
06.11.2016

Źródło: Laboratoria.net, Autor: Magdalena Maniecka

Rozwój inżynierii genetycznej zaowocował powstaniem nowego nurtu w lecznictwie, polegającego na wprowadzaniu do organizmu obcych kwasów nukleinowych w celach terapeutycznych. Aktualnie terapia genowa nastawiona jest na dwa tematy: rekompensacja defektów genetycznych poprzez wprowadzenie właściwych sekwencji DNA oraz wyciszanie ekspresji tych genów, których produkty białkowe są szkodliwe dla organizmu.

26.09.2016

Źródło: Stanford Medicine, News Center

Streszczenie: Nanocząsteczki żelaza potrafią uaktywniać komórki układu odporności - tzw. tumor associated macrophages, tak aby  zaatakowały i niszczyły komórki raka, wg. tego badania przeprowadzonego na myszach. Nanocząsteczki, które są dostępne pod nazwą ferumoxytol jako suplement żelaza w iniekcji. Preparat ten został  zatwierdzony przez Food and Drug Administration do leczenia niedokrwistości z niedoboru żelaza.