Η ιστορία των μονοκλωνικών αντισωμάτων ξεκινά με την άφιξη του Αργεντινού μετανάστη César Milstein στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του Συμβουλίου Ιατρικής Έρευνας στο Κέιμπριτζ του Ηνωμένου Βασιλείου το 1963. Με δύο διδακτορικά στη Βιοχημεία (από το Πανεπιστήμιο του Μπουένος Άιρες και από το Πανεπιστήμιο του Cambridge), ο Milstein, όταν εντάχθηκε στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας, άρχισε να διερευνά την ποικιλομορφία και την παραγωγή αντισωμάτων με εξειδίκευση σε κύτταρα μυελώματος (καρκινικά πλασματοκύτταρα που προέρχονται από τον μυελό των οστών).
Ένα βασικό ζήτημα που περιόριζε ολόκληρο τον τομέα εκείνη την εποχή ήταν η αδυναμία απομόνωσης και καθαρισμού μεμονωμένων εξειδικευμένων αντισωμάτων μέσα από τα δισεκατομμύρια αντισώματα που παράγονται στο σώμα. Μέχρι την άφιξη του César Milstein στο Εργαστήριο οι επιστήμονες είχαν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην κατανόηση της βασικής δομής των αντισωμάτων. Ωστόσο, δεν γνώριζαν πώς αυτή η κατηγορία πρωτεϊνών θα μπορούσε να στοχεύσει συγκεκριμένα αντιγόνα.
Λίγο αργότερα, ο Γερμανός Georges Köhler, ολοκληρώνοντας το διδακτορικό του στη βιολογία στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ, συνέχιζε ως μεταδιδακτορικός ερευνητής το 1974 στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας, στο Κέιμπριτζ.
Όταν μοιραία συναντήθηκαν οι δρόμοι των Köhler και Milstein, ο πρώτος διατύπωσε την υπόθεση ότι τα κύτταρα του σπλήνα θα μπορούσαν να συντηχθούν με μυελώματα για να δημιουργήσουν αθάνατες κυτταρικές σειρές ικανές να παράγουν εξειδικευμένα αντισώματα με απεριόριστη χωρητικότητα. Αυτό ήταν ένα προηγουμένως αδιανόητο επίτευγμα, καθώς εκείνη την εποχή οι τεχνικές παραγωγής εξειδικευμένων αντισωμάτων είχαν ως αποτέλεσμα κυτταρικές σειρές με χαμηλούς τίτλους αντισωμάτων (χαμηλά επίπεδα αντισωμάτων στο αίμα).
Οι δυο επιστήμονες επαλήθευσαν την παραπάνω υπόθεση όταν ανοσοποίησαν ποντίκια με ένα συγκεκριμένο αντιγόνο και έλαβαν υγιή Β-κύτταρα από τον σπλήνα των ζώων, τα οποία έχουν την ιδιότητα να παράγουν μοναδικά αντισώματα αλλά δεν διαθέτουν την ικανότητα πολλαπλασιασμού σε κυτταροκαλλιέργειες.
Ταυτόχρονα πήραν μετασχηματισμένα λεμφοκύτταρα από μυέλωμα, τα οποία εκκρίνουν μεν αντισώματα και έχουν την ικανότητα να πολλαπλασιάζονται σε κυτταροκαλλιέργειες απεριόριστα, αλλά δεν παράγουν εξειδικευμένα αντισώματα.
Η σύντηξη ενός Β-κυττάρου με ένα κύτταρο μυελώματος, δημιούργησε ένα υβριδικό κύτταρο που καλείται υβρίδωμα (hybridoma). To υβρίδωμα διέθετε τις ιδιότητες και των δύο κυττάρων από τα οποία προήλθε, δηλαδή της αθανασίας του μυελωματικού κυττάρου αλλά και της παραγωγής και έκκρισης αντισώματος του Β-κυττάρου.
Πλέον, οι κλώνοι των υβριδικών κυττάρων που προκύπτουν εκκρίνουν μεγάλες ποσότητες του επιθυμητού μονοκλωνικού αντισώματος και μπορούν να καλλιεργηθούν επ’ αόριστον.
Μια «επαναστατική» στιγμή στην επιστήμη…
Στις 7 Αυγούστου του 1975,το έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Nature δημοσίευσε μια «επαναστατική» εργασία που έμελλε να αποτελέσει σταθμό στην επιστήμη και την υγειονομική περίθαλψη. Ήταν η μελέτη των βιοχημικών Georges Köhler και César Milstein, που περιέγραφε τη μέθοδο για τη δημιουργία αντιγράφων αντισωμάτων στο εργαστήριο, που ονομάζονταν μονοκλωνικά αντισώματα.
Ωστόσο η ερευνητική κοινότητα δεν έδωσε τη δέουσα σημασία στη μέθοδο, που ονομάστηκε τεχνολογία υβριδισμού (hybridoma technology) και μόνο μετά το 1977, όταν το περιοδικό Lancet δημοσίευσε ένα κύριο άρθρο που την επαινούσε, αναγνωρίστηκαν οι δυνατότητές της.
Επτά χρόνια αργότερα, το 1984, λίγο πριν από την έγκριση από τον FDA της πρώτης θεραπείας με μονοκλωνικά αντισώματα (Orthoclone OKT3) με την ένδειξη της απόρριψης μοσχεύματος νεφρού, οι Köhler και Milstein τιμήθηκαν τόσο με το Βραβείο Βασικής Ιατρικής Έρευνας Albert Lasker, όσο και με το Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής για την πρωτοποριακή τους ανακάλυψη.
Το εργαστήριο του Milstein κατακλύστηκε έκτοτε από αιτήματα ερευνητών από όλο τον κόσμο που ζητούσαν κυτταρικές σειρές για πειράματα, οι οποίες τους στάλθηκαν με ελάχιστο ή καθόλου κόστος. Αυτό επέτρεψε σε πολλές ερευνητικές ομάδες να αναπαράγουν μονοκλωνικά αντισώματα με τη μέθοδο του Αργεντινού επιστήμονα, συνεισφέροντας στην ανάπτυξη της αντίστοιχης τρέχουσας βιομηχανίας.
Τα μονοκλωνικά αντισώματα, που έχουν εξελιχθεί σε βασικό ‘εργαλείο’ των επιστημόνων μέσα στα ερευνητικά εργαστήρια, μπορούν πλέον να σχεδιάζονται για να αναγνωρίζουν οποιονδήποτε στόχο και να παράγονται σε τεράστιες ποσότητες. Στην κλινική πράξη χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση και τη θεραπεία μιας ποικιλίας παθήσεων, συμπεριλαμβανομένων αυτοάνοσων νοσημάτων, αλλεργιών και καρκίνου.
«Κάθε ξένη πρωτεΐνη προκαλεί ανοσολογική αντίδραση, μικρότερη ή μεγαλύτερη. Αυτό πήρε 20ετία περίπου να κατανοηθεί πλήρως με τα μονοκλωνικά και να βρεθούν τρόποι για να διορθωθεί (με εξανθρωποποίηση ή πλήρως ανθρώπινα μονοκλωνικά). Από τότε οι εφαρμογές απογειώθηκαν γεωμετρικά», σχολιάζει στο Dnews o Δρ. Γεώργιος Παυλάκης, Ιατρός – Ερευνητής, Επικεφαλής του Τμήματος Ανθρωπίνων Ρετροϊών, Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου, ΗΠΑ.
Τουλάχιστον 212 θεραπείες που βασίζονται σε μονοκλωνικά αντισώματα έχουν ωφελήσει δεκάδες εκατομμύρια ανθρώπους μέχρι στιγμής, αναφέρουν ερευνητές στην εταιρεία Genentech στο Σαν Φρανσίσκο της Καλιφόρνια, σε σχετικό άρθρο τους στο Nature Reviews Immunology.
Η αξία της παγκόσμιας αγοράς μονοκλωνικών αντισωμάτων, που υπολογίστηκε στα 250 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2024, προβλέπεται να διπλασιαστεί μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια, ξεπερνώντας ίσως και τα 500 δισεκατομμύρια ως το 2029, σύμφωνα με έρευνα. Γεωγραφικά αυτή η αγορά χωρίζεται στη Β. Αμερική (που είναι ο κυρίαρχος παίκτης), στην Ευρώπη, στην Ασία-Ειρηνικό, στη Λατινική Αμερική, στη Μέση Ανατολή και στην Αφρική. Η κυριαρχία της Β. Αμερικής οφείλεται σε ισχυρές υποδομές έρευνας και ανάπτυξης, σε υψηλές δαπάνες για την υγειονομική περίθαλψη, σε υποστηρικτικά κανονιστικά πλαίσια (όπως ο FDA), αλλά και σε ένα μεγάλο σύνολο ασθενών. Μεγάλες φαρμακευτικές εταιρείες-κολοσσοί ενισχύουν αυτή την κυριαρχία.
Η κολοσσιαία βιομηχανία των μονοκλωνικών αντισωμάτων συνεχίζει να επεκτείνεται και οι επιστήμονες εξακολουθούν να θέτουν νέα ερωτήματα, όπως πώς να σχεδιάσουν με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης αντισώματα με ιδιότητες παρόμοιες με αυτές των φαρμάκων, ένα έργο που είναι πιο περίπλοκο από την πρόβλεψη πρωτεϊνικών δομών.
Και αυτό που δείχνει η ιστορία των Köhler και Milstein είναι ότι είναι δυνατό να στηθεί μια βιομηχανία πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων απλώς επιτρέποντας στους επιστήμονες να επικοινωνούν την έρευνά τους, να ανταλλάσσουν πληροφορίες και να διαμοιράζονται πειραματικό υλικό.
Συνεχίζουν να ανοίγουν δρόμο…
Μετά την επιτυχία των δυο επιστημόνων, ο Köhler συνέχισε την έρευνά του για τη βελτίωση της παραγωγής μονοκλωνικών αντισωμάτων, στο Ινστιτούτο Ανοσολογίας της Βασιλείας στην Ελβετία. Επιστρέφοντας στη Γερμανία, εργάστηκε ως Διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για την Ανοσολογική Βιολογία πάνω στην κατανόηση της ανάπτυξης των Β-κυττάρων, της έκφρασης των ανοσοσφαιρινών και των επιδράσεων των κυτοκινών στην ανοσολογική απόκριση. Δυστυχώς, όμως πέθανε νέος από καρδιακή προσβολή το 1995, σε ηλικία μόλις 48 ετών.
Ο Milstein στην υπόλοιπη καριέρα του εξακολούθησε την έρευνά του στα μονοκλωνικά αντισώματα κατευθύνοντας μέρος της μελέτης του στην πιθανή χρήση τους ως ανιχνευτές ή δείκτες διαφορετικών κυτταρικών τύπων. Το 1983 ανέλαβε επικεφαλής του Τμήματος Χημείας Πρωτεϊνών και Νουκλεϊκών Οξέων στο Συμβούλιο Ιατρικής Έρευνας και παρέμεινε μέχρι τη συνταξιοδότησή του το 1995. Πέθανε το 2002 σε ηλικία 74 ετών.
Ακόμη και μετά τον θάνατο των εμπνευστών των μονοκλωνικών αντισωμάτων, οι κρίσιμες ανακαλύψεις τους στο πεδίο συνεχίζουν να ανοίγουν δρόμο για θεραπευτικές εξελίξεις, βελτιώνοντας τα αποτελέσματα των ασθενών παγκοσμίως.
Μία τέτοια εφαρμογή στην ανοσοθεραπεία, που δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τη συνεισφορά των Milstein και Köhler είναι η ανάπτυξη εξανθρωπισμένων (ή χιμαιρικών) και ανθρώπινων μονοκλωνικών αντισωμάτων, μέσω γενετικής μηχανικής, τα οποία αποτελούν σήμερα την ταχύτερα αναπτυσσόμενη ομάδα μορίων με βιοτεχνολογικές μεθόδους για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών και παθήσεων, συμπεριλαμβανομένης της χρόνιας φλεγμονώδους νόσου, μολυσματικών και μεταβολικών ασθενειών, αυτοάνοσων και καρδιαγγειακών παθήσεων.
Η βασική διαφορά μεταξύ των εξανθρωπισμένων και των ανθρώπινων αντισωμάτων έγκειται στην προέλευση και την κατασκευή τους.Τα εξανθρωπισμένα αντισώματα προέρχονται από μη ανθρώπινα είδη (π.χ, ποντικούς) αλλά έχουν τροποποιηθεί για να μοιάζουν περισσότερο με ανθρώπινα αντισώματα, ώστε να μειώνονται οι πιθανότητες ανοσολογικής απόρριψης όταν χορηγούνται σε ανθρώπους, ενώ τα ανθρώπινα αντισώματα προέρχονται πλήρως από τους ανθρώπους. Σήμερα οι επιστήμονες μπορούν μέσω της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA να τροποποιούν μονοκλωνικά αντισώματα και τις θέσεις δέσμευσής τους.
«Η χρήση των μονοκλωνικών αντισωμάτων στην κλινική πράξη απογειώθηκε μετά τη συνειδητοποίηση ότι τα μονοκλωνικά από ποντικούς όπως το ΟΚΤ3 προκαλούν ανοσολογικές αντιδράσεις. Έτσι σήμερα χρησιμοποιούνται εξανθρωπισμένα μονοκλωνικά ή πλήρως ανθρώπινα μονοκλωνικά που μπόρεσαν να παραχθούν εξαιτίας της τεράστιας προόδου των τεχνικών της ανοσολογίας και της χρήσης γενετικής και κυτταρικής μηχανικής», προσθέτει ο Έλληνας επιστήμονας.
Ένα χρόνο μετά την έγκριση του Orthoclone, το 1989, εγκρίθηκε από τον FDA η χρήση του Rituximab εναντίον του λεμφώματος Non-Hodgkin’s και το 1997 η χρήση του Trastuzumab του πρώτου εξανθρωπισμένου μονοκλωνικού αντισώματος για τη θεραπεία του καρκίνου του μαστού. Το 2002 έλαβε έγκριση το Adalimumab, το πρώτο πλήρως ανθρώπινο μονοκλωνικό αντίσωμα που χορηγείται εναντίον αυτοάνοσων νοσημάτων και το 2006 το Panitumumab, κατά του καρκίνου του παχέος εντέρου. Το 2018 το βραβείο Νόμπελ ιατρικής δόθηκε στους ανοσολόγους Τζέιμς Π. Άλισον και Τασούκου Χόνζο για τις ανακαλύψεις τους που οδήγησαν σε μια νέα εντελώς σειρά ανοσοθεραπειών για τον καρκίνο.
Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτά τα βιολογικά φάρμακα αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 1/5 των νέων εγκρίσεων φαρμάκων από τον FDA κάθε χρόνο.
Τη στιγμή μάλιστα που γράφονται αυτές οι γραμμές, διαβάζουμε πως επιστήμονες από τα Πανεπιστήμια της Βιρτζίνια και του Μίσιγκαν ανέπτυξαν ένα μονοκλωνικό αντίσωμα για την αντιμετώπιση της σήψης, μιας θανατηφόρας λοίμωξης ολόκληρου του σώματος, το οποίο έχει επίσης τη δυνατότητα να θεραπεύσει ένα ευρύ φάσμα άλλων φλεγμονωδών παθήσεων, συμπεριλαμβανομένων των αυτοάνοσων διαταραχών, σύμφωνα με την έρευνά τους, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
Και εγώ συνειδητοποιώ πως βιάστηκα να ρωτήσω τον καθηγητή Παυλάκη αν φτάνουμε σε ένα όριο πια με τα μονοκλωνικά και αν αρχίζουν να εξαντλούνται οι δυνατότητές τους.
«ΟΧΙ μόλις αρχίσαμε!, μου απαντά με απόλυτη σιγουριά.
