Theratyping
Theratyping jako narzędzie medycyny precyzyjnej w chorobach monogenowych
Wprowadzenie do koncepcji theratypingu
Rozwój medycyny molekularnej oraz technologii hodowli komórkowych spowodował zasadniczą zmianę podejścia do leczenia chorób genetycznych. W przypadku wielu jednostek monogenowych, takich jak mukowiscydoza, dystrofie mięśniowe czy wybrane wrodzone niedobory metaboliczne, coraz częściej nie wystarcza już sama identyfikacja mutacji. Kluczowe staje się pytanie: czy dana mutacja jest podatna na określoną terapię przyczynową?
Odpowiedzią na to pytanie jest theratyping – termin wywodzący się z języka angielskiego (therapy + typing), oznaczający laboratoryjną ocenę odpowiedzi konkretnego wariantu genetycznego na określoną interwencję terapeutyczną.
W praktyce jest to metoda eksperymentalna pozwalająca określić, czy mutacja pacjenta reaguje na dany lek, nawet jeśli nie była wcześniej badana w klasycznych badaniach klinicznych.
Definicja i zakres pojęcia
Theratyping można zdefiniować jako:
Funkcjonalne profilowanie wariantu genetycznego w modelu komórkowym lub tkankowym w celu oceny jego wrażliwości na leczenie przyczynowe.
Nie jest to badanie genetyczne sensu stricto, lecz badanie czynnościowe (functional assay), w którym kluczowy jest efekt biologiczny terapii, a nie jedynie obecność mutacji.
Termin nie posiada jeszcze jednoznacznego, utrwalonego odpowiednika w języku polskim. W literaturze specjalistycznej funkcjonuje najczęściej w formie oryginalnej. Alternatywnie stosuje się określenia opisowe, takie jak:
– funkcjonalne typowanie odpowiedzi terapeutycznej
– profilowanie wrażliwości mutacji na leczenie
– eksperymentalna ocena podatności wariantu genetycznego na terapię
Geneza koncepcji
Koncepcja theratypingu rozwinęła się przede wszystkim w obszarze mukowiscydozy, po wprowadzeniu modulatorów CFTR (ivacaftor, lumacaftor, tezacaftor, elexacaftor). Problem kliniczny polegał na tym, że:
- zidentyfikowano ponad 2000 wariantów genu CFTR
• tylko niewielka część była uwzględniona w badaniach rejestracyjnych
• wiele mutacji rzadkich występowało u pojedynczych pacjentów
Prowadzenie klasycznych badań klinicznych dla każdej mutacji było nierealne. Zatem zaczęto wykorzystywać modele komórkowe w celu sprawdzenia, czy określony wariant wykazuje odpowiedź biologiczną na modulator CFTR.
W 2017–2020 roku dane z takich badań zostały zaakceptowane przez FDA jako podstawa rozszerzenia wskazań terapeutycznych dla rzadkich mutacji CFTR. Był to przełom regulacyjny, który ugruntował znaczenie theratypingu jako narzędzia klinicznego.
Metodologia theratypingu
Źródło materiału biologicznego
Najczęściej wykorzystuje się:
– pierwotne hodowle nabłonka nosa lub oskrzeli
– organoidy jelitowe wyhodowane z biopsji odbytnicy
– komórki indukowane pluripotencjalne (iPSC) różnicowane w kierunku odpowiednich tkanek
– linie komórkowe z nadekspresją określonego wariantu
W mukowiscydozie standardem stały się organoidy jelitowe, w których ocenia się zjawisko tzw. FIS (forskolin-induced swelling).
Ekspozycja na terapię
Komórki poddaje się działaniu badanego leku w warunkach kontrolowanych. Może to być:
– pojedynczy modulator
– terapia skojarzona
– nowa cząsteczka eksperymentalna
– terapia genowa lub mRNA
Ocena funkcjonalna
Punkt końcowy musi być mierzalny i biologicznie relewantny. W zależności od choroby może to być:
– transport jonów (komory Ussinga)
– obrzęk organoidów
– aktywność enzymatyczna
– poziom białka błonowego
– przeżywalność komórek
W mukowiscydozie najczęściej mierzy się:
- prąd zależny od CFTR
• zmianę objętości organoidów po stymulacji
• ekspresję i dojrzewanie białka CFTR
Theratyping w mukowiscydozie jako model referencyjny
Mukowiscydoza pozostaje najlepiej udokumentowanym przykładem zastosowania theratypingu.
Kluczowe aspekty:
- Duża heterogenność mutacji CFTR
- Istnienie leków działających na poziomie molekularnym
- Możliwość bezpośredniego pomiaru funkcji kanału jonowego
Theratyping pozwolił:
– rozszerzyć wskazania ivacaftoru na mutacje rzadkie
– ocenić podatność mutacji klasy I i II
– porównać skuteczność różnych kombinacji modulatorów
– zrozumieć wpływ środowiska zapalnego na skuteczność leczenia
Co istotne, dane in vitro wykazują często silną korelację z poprawą kliniczną (FEV1, stężenie chlorków w pocie).
Znaczenie regulacyjne
Theratyping stał się akceptowanym narzędziem przez agencje regulacyjne w określonych warunkach:
– gdy mutacja jest rzadka
– gdy istnieje silna biologiczna podstawa działania leku
– gdy model funkcjonalny jest zwalidowany
– gdy obserwuje się powtarzalność wyników
To podejście zmniejsza barierę dostępu do terapii dla pacjentów z ultra-rzadkimi wariantami.
Ograniczenia metody
Mimo ogromnego potencjału, theratyping ma ograniczenia:
- modele in vitro nie odzwierciedlają w pełni środowiska in vivo
• brak standaryzacji między ośrodkami
• różnice w warunkach hodowli mogą wpływać na wyniki
• trudność w interpretacji „poziomu odpowiedzi” jako klinicznie istotnej
Ponadto nie wszystkie choroby posiadają łatwo mierzalny biomarker funkcjonalny.
Rozszerzenie koncepcji poza mukowiscydozę
Theratyping znajduje zastosowanie również w:
– dystrofii mięśniowej Duchenne’a (testowanie terapii odczytu kodonu stop)
– chorobach lizosomalnych
– wrodzonych zaburzeniach metabolizmu
– wybranych kanałopatiach
– onkologii molekularnej (testowanie wrażliwości na inhibitory kinaz)
W onkologii funkcjonują analogiczne koncepcje, takie jak „functional precision oncology”, w których testuje się wrażliwość organoidów nowotworowych pacjenta na chemioterapię.
Rola theratypingu w przyszłości medycyny precyzyjnej
Wraz z rozwojem:
– terapii genowych
– terapii mRNA
– edycji genomu (CRISPR)
– terapii spersonalizowanych dla pojedynczego pacjenta
theratyping stanie się kluczowym etapem kwalifikacji do leczenia.
Można przewidywać, że w przyszłości:
- każdy pacjent z chorobą monogenową będzie miał wykonywane badanie funkcjonalne wariantu
- decyzja terapeutyczna będzie oparta nie tylko na genotypie, ale na rzeczywistej odpowiedzi komórek
- powstaną standaryzowane, certyfikowane laboratoria theratypingu
Theratyping to funkcjonalne profilowanie odpowiedzi określonej mutacji na terapię przyczynową w modelu komórkowym lub tkankowym. Stanowi jedno z najważniejszych narzędzi medycyny precyzyjnej w chorobach rzadkich.
W odróżnieniu od klasycznej diagnostyki genetycznej nie kończy się na identyfikacji wariantu, lecz odpowiada na pytanie, czy dany wariant można skutecznie leczyć.
Rozwój tej metodologii zmienia paradygmat terapii chorób monogenowych – z modelu „genotyp → rozpoznanie” w kierunku „genotyp → funkcja → odpowiedź terapeutyczna → decyzja kliniczna”.
Theratyping jest dziś jednym z filarów personalizacji leczenia w mukowiscydozie i prawdopodobnie w najbliższych latach stanie się standardem w wielu innych obszarach medycyny translacyjnej.