NBIA

NBIA (Neurodegeneration with Brain Iron Accumulation) to choroby neurozwyrodnieniowe związane z odkładaniem żelaza w mózgu. Jest to grupa ponad 13 schorzeń, w których głównym i patognomonicznym objawem jest gromadzenie żelaza w zwojach podstawnych mózgu, co oznacza utratę komórek nerwowych. Te ultrarzadkie choroby neurologiczne charakteryzują się utratą uprzednio nabytych funkcji ruchowych i zdolności intelektualnych, do których dołączają się objawy neurologiczne ze strony ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego. Postęp choroby prowadzi do dystonii i spastyczności z uporczywymi skurczami mięśni, jak również do poważnych zaburzeń ruchowych, zaburzeń połykania, mowy, problemów ze wzrokiem i do demencji. Pierwsze objawy NBIA pojawiają się w dzieciństwie lub w okresie dojrzewania. NBIA do tej pory jest chorobą nieuleczalną i bardzo trudną w terapii.

Neurodegeneracja ze spichrzaniem żelaza w mózgu, początkowo znana jako choroba Hallervordena-Spatza, została zdefiniowana w okresie międzywojennym przez dwóch niemieckich neurologów. Podstawą charakterystyki pacjentów były powtarzające się objawy obserwowane u małych dzieci związane z zaburzeniami motorycznymi, pogorszeniem widzenia, upośledzeniem rozwoju i funkcji poznawczych oraz charakterystycznym obrazem w badaniu patologicznym związanym z odkładaniem złogów żelaza w ośrodkowym układzie nerwowym. W 2001 r. wraz ze wzrostem wiedzy na temat choroby zmieniono jej nazwę na NBIA (Neurodegeneracja związana z odkładaniem żelaza w mózgu) i odkryto gen odpowiadający za najwcześniej zdefiniowany typ NBIA - PKAN. Upowszechnienie diagnostyki, głównie badań obrazowych – rezonansu magnetycznego, w którym stwierdza się typowe zmiany, a także rozwój badań nad tą jednostką chorobową spowodował, że naukowcy wyodrębnili w grupie NBIA kolejne typy choroby, za które odpowiadają mutacje w kolejnych genach. W 2006 r. odkryto gen PLA2G6 identyfikując dla tej grupy pacjentów specyficzne zaburzenia, przebieg choroby oraz pierwsze symptomy. Wskazany gen pozwolił na wyodrębnienie typu PLAN (Neurozwyrodnienie związane z fosfolipazą PLA2G6) przebiegającego w różnych wariantach klinicznych – postaci wczesnodziecięcej, późnodziecięcej i młodzieńczej. Odmiana ta ma pewne cechy wspólne w zakresie NBIA (gromadzenie się żelaza, uogólnioną dystonię, etc.) ale i pewne cechy przypisane tylko odmianie PLAN, związane np.: z początkiem choroby, pierwszymi symptomami i uogólnionym przebiegiem schorzenia. W 2011 r. zidentyfikowano kolejny gen w grupie NBIA. Gen C19orf12 dla odmiany MPAN (neurozwyrodnienie związane z białkiem błony mitochondrialnej) zdefiniowano w polskiej populacji, wśród dzieci manifestujących pewną grupę odmiennych symptomów w ramach NBIA. Gen ten jest związany z błędnie fałdowanym białkiem błony mitochondrialnej (które wykrywa się również w cytozolu i jądrze komórkowym). NBIA-MPAN ma również pewne cechy wspólne, charakterystyczne dla NBIA, jednak diagnozowany na podstawie objawów u dzieci początek choroby jest nieco późniejszy (niż w PKAN), a przebieg łagodniejszy. W roku 2012 wyodrębniono kolejną z odmian – BPAN, związaną z neurodegeneracją białka (beta-propeller protein). Odmiana BPAN w ramach NBIA ma szereg cech wspólnych, ale wraz z postępem diagnostyki możliwe stało się wyszczególnienie pewnych symptomów przypisanych tylko dla tej odmiany (wiek rozpoczęcia, stan kliniczny pacjentów oraz specyfika obrazowania MRI). Do chwili obecnej te cztery odmiany NBIA uważa się za najczęstsze i możliwe do diagnozowania wstępnego na postawie przypisanych tym odmianom objawów potwierdzanych w badaniach diagnostycznych MRI i badaniu genetycznym. Ostatnie 7 lat to odkrycie kolejnych ośmiu rzadszych odmian, które przypisano do grupy NBIA ze względu na występowanie wspólnych, uogólnionych cech diagnostycznych, przebiegu choroby i opisu jej historii naturalnej.

NBIA w Polsce

Większa świadomość rodzin i lekarzy o schorzeniach NBIA poprawiła diagnostykę szczególnie w Europie i Ameryce Północnej, a większa grupa społeczna pacjentów stała się zalążkiem tworzenia się lokalnych społeczności skupionych wokół ośrodków klinicznych (Portland USA, Monachium Niemcy, Warszawa Polska) i stowarzyszeń krajowych, skupiających pacjentów z tymi samymi schorzeniami. W 2019 roku do zrzeszenia międzynarodowego NBIA Aliance przystąpiło utworzone w 2018 roku Stowarzyszenie NBIA Polska stając się jednym z 12 członków (jednym z 12 stowarzyszeń) tworzących to zrzeszenie. W przeciągu 3 lat intensywnej pracy w Polsce Stowarzyszenie NBIA Polska stało się największym pod względem liczby pacjentów w porównaniu z innymi, europejskimi stowarzyszeniami i jednym z największych stowarzyszeń na świecie. Obecnie w naszym Stowarzyszeniu zrzeszonych jest 93 pacjentów wraz z rodzinami. Ta duża liczba pacjentów zdiagnozowanych w Polsce wzbudziła dość duże zainteresowanie wielu ośrodków badawczych. Uwzględniając zbliżony poziom diagnostyki w innych krajach europejskich (Hiszpania, Niemcy, Wielka Brytania, Francja, Włochy) stało się jasne, że Polska jako kraj ma istotnie większy współczynnik zachorowalności na NBIA w stosunku do innych krajów w Europie i na świecie. W 2021 roku zespół naukowców badających NBIA w Polsce zdecydował się przy wsparciu Stowarzyszenia NBIA Polska na badanie ankietowe poszerzające wiedzę o populacji NBIA. W wyniku tych prac opracowano zestaw pytań, które pozwoliły na zebranie danych o liczbie pacjentów i pochodzeniu ich rodzin ze względu na czynniki migracyjne.

Przedstawione dane potwierdzają, że na terenie Polski występuje najbardziej liczna grupa pacjentów w stosunku do innych krajów Europejskich i Ameryki Północnej. Nawiązując do badań statystycznych, wykonanych w 2021 r. stwierdzono również, że na terenie Polski znajduje się największa grupa rodzin, które w historii swych przodków nie mają informacji o migracjach i zmianie miejsca zamieszkania. Dodatkowo stwierdzono, że wśród rodzin pacjenckich Europy Zachodniej i Ameryki Północnej występuje znacząca liczba pacjentów posiadających polskobrzmiące nazwiska i korzenie z terenu centralnej Europy. Kolejnym faktem jest bardzo liczna w Polsce grupa pacjentów z mutacją MPAN. Na podstawie przywołanych badań i liczebności grup pacjentów w odmianie MPAN zebranych w ramach zrzeszenia międzynarodowego NBIA Aliance stwierdzono, że grupa pacjentów z terenu Polski jest większa niż grupa pozostałych pacjentów w całej Europie. Dodatkowo pacjenci z Polski mają podstawowe, bazowe mutacje, co pozwala wysnuć hipotezę o pochodzeniu założycielskich mutacji z terenu centralnej Polski. Prowadzone badania migracji wskazują na kierunek Bliskiego Wschodu jako duże skupisko chorych NBIA, gdzie ludność wraz z „wojnami tureckimi”, jasyrem migrowała z terenów dawnej Polski. Na tym kierunku zauważalny jest wzrost liczby przypadków NBIA MPAN oraz kierunek zachodni, pokrywających się z Wielką Emigracją i wojnami napoleońskimi. Te dane statystyczne zachęciły naukowców z Polski do podjęcia wyzwania wykonania badań, które pozwolą poznać mechanizmy chorobowe, funkcje wadliwych białek i przyczynią się do odkrycia skutecznych terapii na te nieuleczalne dotychczas choroby.

Więcej

Terapia zastępcza

Dotychczasowe doświadczenia

Na chwilę obecną choroby NBIA pozostają nieuleczalne. Jednocześnie opracowywane są coraz bardziej skuteczne terapie pomocnicze pozwalające spowolnić rozwój choroby i poprawić komfort życia chorych. Z uwagi na typowo polski charakter choroby (w Polsce jest największa w Europie grupa pacjentów z tymi schorzeniami oraz najliczniejsza grupa nosicieli wadliwego genomu w populacji w stosunku do innych krajów Europy i świata), krajowe ośrodki medyczne są pionierami w prowadzeniu badań nad opracowaniem terapii. Pierwszym z lekarzy prowadzących badania kliniczne w chorobach NBIA był dr n. med.Tomasz Kmieć z Instytutu Pomnik Centrum Zdrowia Dziecka w Warszawie. Dr Tomasz Kmieć brał udział w badaniu dla pacjentów z PKAN realizowanym przez firmę Retrophin z substancją: „Fosmetpantotenate”, lekiem który miał zmienić naturalny przebieg choroby i uzupełnić brakujące białka – niestety lek okazał się niesktuteczny. Dr Kmieć brał także udział w projekcie TIRCON – z zastosowaniem leku Ferriprox – chelatora żelaza tj. substancji służącej do „złapania metalu” i wydalenia go z organizmu. Mimo, że Ferriprox skutecznie usuwa żelazo z mózgu chorych, jednak nie przekłada się to na poprawę stanu klinicznego pacjentów. Obecnie prace badawcze nad opracowywaniem leczenia dla chorób NBIA przejęły ośrodki: Uniwersytecki Szpital Dziecięcy w Lublinie - dr hab. n. med. Magdalena Chrościńska-Krawczyk oraz Instytut Psychiatrii i Neurologii w Warszawie - dr hab. n. med. Marta Skowrońska. Pod opieką wskazanych ośrodków (zespołów klinicznych) są wszyscy pacjenci skupieni w ramach Stowarzyszenia Pacjentów NBIA Polska.

Od 2020 r. we współpracy z USzD w Lublinie oraz IPiN w Warszawie Stowarzyszenie NBIA Polska koordynuje opracowywanie terapii enzymatycznej.

Więcej

Terapia docelowa

Możliwe kierunki leczenia

Na podstawie badania pobranych komórek skórnych (fibroblastów) modyfikowanych laboratoryjnie w komórki neuronowe, prowadzone będą badania mechanizmów które prowadzą do odkładania żelaza w mózgu i neurodegeneracji. Liczymy, że dzięki dokładnemu poznaniu patomechanizmu możliwe będzie przystąpienie do jego „naprawy ” za pomocą jednej z czterech potencjalnych dróg:

wymiana genomu;
eliminacja genomu;
zastąpienie genomu w enzymach;
podniesienie poziomu prawidłowo sfałdowanych białek w stosunku do białek uszkodzonych na skutek wady genetycznej w komórkach w celu „poprawienia” funkcjonalności komórki.

W poszczególnych typach chorób NBIA optymalne drogi dla docelowego leczenia prawdopodobnie będą się od siebie różnić. Najbardziej zaawansowane prace dotyczą odmiany NBIA-PKAN, w przypadku której to choroby chorzy mają całkowitą nieobecność lub duży niedobór aktywności enzymu który powoduje zmniejszenie neuronalnego poziomu koenzymu A (CoA). Dzięki opracowanym przez amerykańską firmę farmaceutyczną CoA Therapeutics zsyntezowanym cząsteczkom koenzymu CoA następuje aktywacja produkcji brakującego koenzymu A. Testy leku CoA Therapeutics na zwierzętach zakończyły się sukcesem i Amerykańska Agencja Leków (FDA) w 2021 r. dopuściła lek do przeprowadzenia badań klinicznych na ludziach. W 2021 r. pacjenci NBIA Polska zostali ujęci w procesie kwalifikowania do badań klinicznych i do końca 2022 r. planowane jest podanie leku pacjentom z grupy chorobowej NBIA-PKAN. Zakładamy, że jeśli leczenie okaże się skuteczne, to pacjenci będą przyjmować ten lek dożywotnio.

Ingerencja w uszkodzony gen

W pozostałych odmianach chorób z grupy NBIA szansa skutecznego leczenia upatrywana jest w ingerencji w genom. Ingerencja ta może odbywać się neurochirurgicznie poprzez wszczepienie określonego wariantu wektora wirusowego (ze zmodyfikowanym materiałem DNA) lub poprzez wchłanianie wektora wirusowego np. przez gałkę oczną (tego typu testy prowadzi już amerykańskie stowarzyszanie chorych na NBIA-BPAN z Uniwersytetem w Massachusets, USA).

Kluczowe jest opracowanie wektora wirusowego, który pozwoli na kontrolowane zainfekowanie organizmu chorego i przeniknięcie bariery krew-mózg w celu dokonania zmian w uszkodzonym genie komórek pacjenta. W tym celu najpierw należy pozyskać wektor wirusowy. Optymalnym wektorem wirusowym jest wektor z grupy tzw. AAV-9 lub Lenti-virus.

Są to zmodyfikowane laboratoryjnie wirusy wytworzone na bazie ludzkich chorób np. HIV (po obróbce najlepiej przenikają do różnych rodzajów komórek ludzkich). Przewaga tego typu wektorów wirusowych polega na tym, że są to wirusy najłatwiej infekujące ludzki organizm, są żywotne i przenikają barierę krew-mózg, co jest podstawowym wyzwaniem dla skutecznego ingerowania w uszkodzony genom pacjenta. Następnie pozyskany wektor wirusowy jest „programowany” pod określonego pacjenta i jego mutację genetyczną. W ten sposób wektor wirusowy „otrzymuje” ściśle określony fragment DNA. Jest to możliwe dzięki coraz powszechnej dostępnej technologii CRISP, dającej możliwość edycji genów i zmiany fragmentu DNA oraz włączania lub wyłączania genów bez zmiany ich sekwencji. Opracowane wektory wirusowe dla NBIA w odmianach PKAN, MPAN, BPAN i PLAN już posiada np. firma Vector Builder https://en.vectorbuilder.com/

W kolejnym kroku zmodyfikowany genetycznie wektor wirusowy musi zostać zweryfikowany pod kątem prawidłowości przenikania wirusa, wnikania wirusa do komórek i infekowania tych komórek tak, aby komórka rozpoczęła produkcję określonego, brakującego białka. Sprawdzenie odbywa się w drodze wszczepienia zmodyfikowanego genetycznie wektora wirusowego do dwóch różnych ssaków, np. myszy i owcy (wymogi Europejskiej lub Amerykańskiej Agencji Leków). Dodatkowo, obowiązkowym jest sprawdzenie, czy zastosowana modyfikacja nie powoduje innych, niepożądanych zmian genetycznych. W tym celu konieczna jest ocena testowanych ssaków oraz ich dwóch kolejnych pokoleń. Te badania są czasochłonne i bardzo kosztowne – jest to główny powód ich relatywnie powolnego wdrażania. Jeśli faza badań przyniesie zamierzone skutki wówczas zmodyfikowany genetycznie wektor wirusowy trafia do ośrodka klinicznego, który dokonuje wprowadzenia (np. wszczepienia) wektora w określone rejony mózgu i układu nerwowego.

Z uwagi na to, że organizm chorego ma własny mechanizm RNA, który broniąc się może eliminować sztucznie wprowadzony wektor wraz z jego modyfikacją genetyczną (chcąc się "naprawić"), zależnie od rodzaju opracowanego wektora wirusowego zabieg może być konieczny do powtarzania w przedziałach co 1,5 - 10 lat.

Wszystkie elementy powyższej terapii genowej są już obecnie stosowane w bardzo zbliżonych chorobach neurodegeneracyjnych. Wdrażanie tych metod do kolejnych odmian chorób genetycznych jest kwestią czasu – te sposoby leczenia będą się rozwijać i w dużej mierze szybkość rozwoju tych terapii zależna jest od aktywności społeczności takich jak nasze Stowarzyszenie NBIA Polska.

Prof. Michał Minczuk, genetyk mitochondriów z MRC Mitochondrial Biology Unit na Uniwersytecie w Cambridge wykazał, że w komórce może egzystować jednocześnie prawidłowy łańcuch DNA łącznie z wadliwym. Z badań prof. Mińczuka wynika, że podniesienie poziomu prawidłowego białka z 40% do około 60% w neurodegeneracyjnych chorobach takich jak NBIA pozwala na przywrócenie funkcji komórek i prawidłowe ich działanie. W związku z tym rozważamy terapię z wykorzystaniem wszczepienia poprawionego genetycznie wektora wirusowego do mózgu, którego skutkiem będzie podniesie poziomu prawidłowego DNA w stosunku do DNA wadliwego i przejęcie funkcji przez właściwe DNA. W ten sposób wprowadzany wektor wirusowy nie musi eliminować zupełnie wady, ale potencjalnie wystarczy, że wprowadzona mutacja "doprodukuje" brakujące białko.