Immunoterapia uzależnień

Epidemia nadużywania kokainy, szerząca się w USA od ponad dziesięciolecia, nie oszczędziła żadnej grupy społecznej. Miliony ludzi biorą ten narkotyk, narażając się na konsekwencje zdrowotne, takie jak poważne zaburzenia psychiczne i nagły atak serca. Skutki jej nielegalnego rozprowadzania przyczyniły się do ruiny wielu miast, niszcząc zarówno kapitał ludzki, jak i finansowy, który można by wykorzystać, w twórczym celu.

Do obecnego kryzysu doprowadziło wiele czynników, w tym również społeczna akceptacja używania narkotyków, nieskuteczna taktyka walki z przemytem, która zwiększyła dostęp do taniej kokainy, oraz wprowadzenie na rynek jej silniejszej postaci zwanej crack (proszek utwardzony w postaci drobnych bryłek - przyp. tłum.) nadającej się do palenia. Niestety, jako społeczeństwo nie potrafimy odwrócic, tej fali, a nauki medyczne są dalekie od zaproponowania farmakologicznego rozwiązania.Rzeczywiście, mimo dziesiątek lat wysiłków badania nie przyniosły żadnego środka mogącego skutecznie przeciwdziałac, nadużywaniu kokainy i uzależnieniu od tej substancji. To ciągłe niepowodzenie skłoniło moich kolegów z Columbia University i mnie do zastosowania radykalnie nowego podejścia.Tradycyjne poszukiwania terapeutyczne ukierunkowane były na próby interferowania z działaniem kokainy na mózg; nasza strategia ma natomiast na celu zniszczenie narkotyku, zanim dotrze on do tego narządu.Nowe podejście lecznicze bazuje na szczególnych właściwościach działania tego narkotyku na mózg. Zasadniczo wszystkie leki uzależniające stymulują neuronalny szlak zwany "układem nagrody", który wyewoluował u przodków ssaków ponad 100 mln lat temu. Szlak ten pobudza tzw. limbiczno-korowyobszar mózgu, odpowiedzialny za sterowanie najbardziej podstawowymi emocjami i zachowaniami. U zwierząt, nie posiadających jeszcze świadomości, aktywacja układu nagrody podczas tak różnych zachowań jak jedzenie i kopulacja sprzyjała w uczeniu się i niewątpliwie zapewniała przewagę w szansach przeżycia. Te same struktury przetrwały do dzisiaj i stanowią fizjologiczną podstawę naszego subiektywnego odczuwania przyjemności. Kiedy naturalne związki chemiczne w mózgu zwane neuroprzekaźnikami pobudzają te obwody, dana osoba czuje się "dobrze".

Nadużywanie wielu substancji tkwi korzeniami w normalnej neurobiologii wzmocnienia. Każdy środek, który ludzie powszechnie aplikują sobie sami aż do nadużywania - alkohol, nikotyna,barbiturany, amfetaminy, heroina, wyciąg z konopi indyjskich (marihuana)czy kokaina - stymuluje niektóre części układu nagrody, "ucząc" przeto biorcę, aby zażył go ponownie. Co więcej, substancje te zaburzają normalną produkcję neuroprzekaźników, tak że ich odstawienie, kiedy nałóg się już zakorzenił, wywołuje objawy abstynencji: rozstrój fizyczny lub psychiczny, którego efekt jest zwykle bardzo nieprzyjemny, a nawet niebezpieczny. Ludzie, a także zwierzęta będą działać, poświęcać inne przyjemności lub znosić ból po to tylko, aby zapewnić sobie stały dopływ narkotyku, od którego się uzależnili.Wielkość wzmocnienia jest różna dla każdego narkotyku. Zwiększa się także wraz z ilością środka, która dociera do mózgu, oraz szybkością, z jaką rośnie jego stężenie. Wstrzyknięcie dożylne jest najbardziej skutecznym sposobem. Jednakże w przypadku substancji, które można przeprowadzic, w formę lotną, na przykład crack, palenie dostarcza równie intensywnych przeżyć. Kokaina, w szczególności wstrzykiwana lub palona w postaci kryształu, jest najsilniejszym spośród powszechnych wzmacniaczy. Jej szczególny mechanizm działania sprawia, iż wyjątkowo trudno z nią walczyć.

Kokainowe wyzwanie

Działanie kokainy polega na ustawieniu przełącznika neuronalnego w układzie nagrody w pozycji włączonej. Układ nagrody podobnie jak wszystkie obwody nerwowe zawiera synapsy - miejsca bliskiego kontaktu między dwoma neuronami komunikującymi się za pośrednictwem neuroprzekaźników. Kiedy neuron po jednej stronie synapsy zostaje włączony (wyładowuje się) - uwalnia przekaźnik, na przykład dopaminę, do niewielkiej przestrzeni pomiędzy komórkami. Wtedy neuron z drugiej strony synapsy odpowiada zmianą tempa wyładowań. Aby zapobiec nadmiernej sygnalizacji,pierwszy neuron aktywnie wychwytuje nadmiar cząsteczek neuroprzekaźnika ze szczeliny synaptycznej. Kokaina zaburza ten układ. Usuwanie dopaminy zależy od białek transportujących, które przenoszą neuroprzekaźnik z otoczenia komórki do jej wnętrza. Kokaina uniemożliwia im pracę i w jej obecności w przestrzeni synaptycznej pozostaje zbyt dużo wolnej dopaminy, która nadmiernie stymuluje szlak nagrody i zwiększa zapotrzebowanie na narkotyk.

Porównajmy działanie kokainy z heroiną: heroina wiąże się z receptorem dla neuroprzekaźnika i stymuluje układ nagrody bezpośrednio. Natomiast koaina stymuluje go pośrednio, przedłużając działanie neuroprzekaźnika, który jest już tam obecny. Ta właśnie różnica sprawia, iż znalezienie czynnika interferującego z kokainą stanowi wyzwanie dla badaczy. Działanie heroiny można zahamowac, nieaktywnym sztucznym czynnikiem (np. naltreksonem), wiążącym się z tymi samymi receptorami i przez to blokującym jej dostęp do nich. Natomiast jakikolwiek czynnik utrudniający kokainie dotarcie do celu, czyli do transportera dopaminy,najprawdopodobniej uniemożliwi temu białku usuwanie dopaminy ze szczeliny synaptycznej. W rzeczywistości wywoła więc ten sam efekt co kokaina. Nowo odkryte szczegóły oddziaływania dopaminy i kokainy z transporterem sugerują, że znalezienie blokera kokainy jest możliwe, ale dotychczasowe intensywne wysiłki nie przyniosły żadnego rezultatu.Kilka lat temu wraz z moimi kolegami, usiłując odpowiedzieć na pytanie,czy dałoby się przerwać dostawę kokainy do mózgu, zastosowałem podejście alternatywne. Niezależnie od tego, jak zostaje ona wprowadzona do organizmu, do mózgu musi dotrzeć za pośrednictwem krążącej krwi. Czynnikami wychwytującymi z krwi różne substancje są przeciwciała - cząsteczki układu odpornościowego wyposażone w naturalną zdolność wiązania różnych cząsteczek docelowych. Odnaleźliśmy bardzo interesujące, nieomal zapomniane doniesienie z 1974 roku, w którym Charles R. Schuster, obecnie pracujący w Wayne State University w Detroit, opisuje, że immunizacja małp analogiem heroiny (który pobudza układ odpornościowy do syntezy przeciwciał) hamuje niektóre efekty działania tego narkotyku.

Niestety, krążące przeciwciała po utworzeniu kompleksu z heroiną bardzo szybko znikają z krwiobiegu. Ponieważ nałóg kokainowy polega na częstym przyjmowaniu dawek, było dla nas jasne, że przeciwciała antykokainowe powinny eliminowac, narkotyk, ale same nie mogą być usuwane lub inaktywowane. Co więcej, kokaina potrafi związać przeciwciała w stosunku wagowym 1 do 250 - nawet jej pojedyncza 100-miligramowa dawka unicestwi każdą wyobrażalną ilość przeciwciał krążących normalnie we krwi.

Na szczęście dzięki postępom chemii organicznej od 1974 roku udało się znaleść praktyczne rozwiązanie, czyli przeciwciała katalityczne. Pod koniec lat osiemdziesiątych Richard A. Lerner zeScripps Research Institute wraz ze Stephenem J. Benkovicem z PennsylvaniaState University oraz niezależnie Peter G. Schultz z University of Californiaw Berkeley stwierdzili, że potrafią produkować przeciwciała zdolne do wiązania się z wybraną cząsteczką i jednocześnie ułatwiające reakcje chemiczne prowadzące do jej rozłożenia. Po zajściu reakcji chemicznej przeciwciała katalityczne uwalniają jej produkty i wychodzą z tego procesu nie zmienione, gotowe do ponownego wiązania.

Niektóre z nich, o wyjątkowo silnych właściwościach katalitycznych, mogą przeprowadzać poszczególne etapy reakcji w ciągu sekund. Tak wysokie tempo przemian umożliwiłoby niewielkiej liczbie przeciwciał unieczynnienie dużej ilości narkotyku.

Łatwa do rozkładu kokaina wydawała się dobrym kandydatem do badań z zastosowaniem przeciwciał katalitycznych częściowo dlatego, że łatwo ją unieczynnic, dzięki prostej reakcji rozszczepienia dającej dwa nieaktywne produkty. Enzym znajdujący się we krwi człowieka przeprowadza taką reakcję bardzo precyzyjnie, lecz za wolno, aby zredukowac, potencjał uzależniający. Natomiast rozszczepienie heroiny prowadzi do powstania morfiny,a więc jedynie do zamiany jednego środka uzależniającego na inny.Wiedzieliśmy również, że niektóre przeciwciała katalityczne zdolne do degradacji estrów - związków chemicznych, do których należy kokaina - działają całkiem wydajnie. Przeciwciała potrafią katalizowac, ponad 40 różnych przemian,lecz szybkośc, reakcji jest bardzo różna i przeważnie mała. Jednakże niektóreprzeciwciała (inaczej zwane esterazami), które rozszczepiają estry, są prawie takwydajne jak naturalne enzymy. Dlatego mieliśmy podstawy do przypuszczeń, że przeciwciała antykokainowe zadziałają wystarczająco szybko, aby u uzależnionego osobnika zapobiec większości skutków pobrania kokainy i co za tym idzie, przerwać cykl wzmocnienia podtrzymujący uzależnienie.

Potwierdzeniem słuszności tej koncepcji był także wynik fascynującego doświadczenia, w którym użyto naturalnej kokainy oraz nieaktywnej biologicznie postaci, będącej jej lustrzanym odbiciem, znanej jako (+)-kokaina. (Te dwa związki mają takie same elementy składowe, lecz różnią się budową tak jak nasza prawa i lewa ręka.) Gdy wstrzykuje się małpie obydwa związki, to tylko naturalna kokaina dociera do mózgu. Okazało się, że biologiczny enzym degradujący kokainę rozkłada również jej lustrzane odbicie, lecz 2000 razy szybciej. Okres półtrwania (+)-ko-kainy w krwiobiegu wynosi jedynie 5 s. Enzym wywierający taki sam wpływna naturalną kokainę uczyniłby palenie lub wdychanie narkotyku w zasadzie nieszkodliwym.

Wraz z moimi kolegami zaczęliśmy więc pracę nad uzyskaniem przeciwciał katalitycznych o właściwościach degradujących kokainę. Nasz plan polegał na skonstruowaniu analogu kokainy, pobudzającego układ odpornościowy laboratoryjnego zwierzęcia do produkcji przeciwciał przeciwko kokainie; miały one być następnie oczyszczane i produkowane w dużej ilości. Mówiąc ściśle, chcieliśmy stworzyc, cząsteczkę przypominającą strukturą kokainę w stanie przejściowym. Pofałdowania, kieszenie,miejsca aktywne przeciwciała katalitycznego nie są uformowane dla normalnejkonfiguracji cząsteczki docelowej, ale dla formy stanu przejściowego, którą cząsteczka przyjmuje podczas reakcji chemicznej. Z tej przyczyny przeciwciało narzuca cząsteczce docelowej tę konfigurację, co czyni reakcję bardziej prawdopodobną. Sztuka zaprojektowania analogów stanu przejściowego polega na połączeniu teorii i doświadczenia. Mimo największych wysiłków badaczy niektóre analogi nie mogą jednak wywołać katalitycznie aktywnych przeciwciał.

Imitację stanu przejściowego otrzymaliśmy, zamieniając jedno ugrupowanie atomów na inne, co stabilizowało strukturę cząsteczki, utrzymując ją jednak w stanie przejściowym. Musieliśmy wynaleść nowy sposób syntezy tego szczególnego związku, ponieważ wszystkie znane dotychczas metody zawiodły. Kiedy otrzymaliśmy już nasz analog kokainy, przytwierdziliśmy go do nośnika białkowego, aby zapewnić rozwinięcie odpowiedzi immunologicznej. Małe cząsteczki takie jak kokaina zwykle same nie wywołują produkcji przeciwciał, co jest powodem tego, iż organizm ludzki nie syntetyzuje przeciwciał na przykład przeciwko aspirynie.Immunizowaliśmy myszy naszym związkiem i wyizolowaliśmy komórki produkujące przeciwciała przeciwko niemu. Wśród tych komórek znaleśliśmy dwie linie syntetyzujące przeciwciała wiążące kokainę, rozkładające ją,a następnie uwalniające nieaktywne produkty oraz powtarzające cały ten cykl - czyli uzyskaliśmy pierwsze sztuczne enzymy degradujące kokainę.Od tamtego czasu zsyntetyzowaliśmy dwa inne analogi stanu przejściowego i obecnie mamy dziewięć różnych przeciwciał katalitycznych. Każda cząsteczka naszego najsilniejszego do tej pory czynnika degraduje ponad dwie cząsteczki kokainy na minutę. Taka aktywność wystarcza do rozpoczęcia badań na modelu zwierzęcym.

Aby natomiast takie przeciwciała dały się zastosować u człowieka, prawdopodobnie będą one musiały być bardziej aktywne. Krwiobieg osoby uzależnionej potrzebowałby 10 g lub więcej naszego obecnie najlepszego enzymu, aby zneutralizowac, 100 mg wdychanej kokainy. Jeżeli uda nam się osiągnąć tempo przemian wynoszące dwie reakcje rozkładu na sekundę, to 500 mg przeciwciał, które z łatwością można wprowadzić za pomocą strzykawki, powinno wystarczyć, by zapobiec dotarciu dużej dawki kokainy do mózgu. Ponieważ uzyskano przeciwciała katalityczne o aktywności przekraczającej 40 przemian na sekundę, cel wydaje się możliwy do realizacji.

Chcąc udoskonalic, aktywność chemiczną, podjęliśmy działania w trzech kierunkach. Po pierwsze, rozwijamy strategię przygotowania dodatkowych analogów stanu przejściowego, mających wywoływać produkcję wysoce aktywnych przeciwciał katalitycznych - każde przeciwciało wiążące nasze nowe analogi nadaje kokainie szczególnie nietrwałą konfigurację, która ulega rozszczepieniu nieomal spontanicznie.Opracowujemy również metody przesiewowe umożliwiające bezpośrednią selekcję przeciwciał o właściwościach katalitycznych zamiast wstępnego doboru na podstawie silnego wiązania do analogu stanu przejściowego. Wreszcie klonujemy nasze przeciwciała katalityczne, uzyskując czyste populacje każdego typu, tak że potrafimy wybiórczo zmieniac, ich strukturę.

Zaprzęgnięcie przeciwciał do pracy

Nawet uzyskawszy przeciwciała katalityczne potrafiące wydajnie degradowac, kokainę, staniemy wobec innych problemów utrudniających skuteczne leczenie. Lekarze nie mogą bezpośrednio immunizowac, uzależnionych pacjentów analogami stanu przejściowego, ponieważ jedynie niewielka frakcja przeciwciał wyprodukowanych przeciwko tym substancjom wykaże aktywnośc, katalityczną. Chcąc zapewnic, wysoki poziom przeciwciał w krwiobiegu, lekarze powinni wprowadzac, właśniete przeciwciała, czyli stosowac, tzw. bierne uczulanie. Z tego też powodu trzeba będzie uzyskać linie komórkowe zdolne do wytwarzania dużej ich ilości. Jednakże przeciwciała monoklonalne stały się już ustalonymi preparatami far-maceutycznymi, a więc to zadanie wydaje się wykonalne. Przeciwciało katalityczne można przygotować tak, by pozostawało w organizmie przez kilka tygodni lub dłużej, mniej więcej tyle, ile naturalne przeciwciało ludzkie. Niezwykle istotnie ułatwiłoby to program leczenia, jako że iniekcja zablokowałaby kokainę na miesiąc.

Okres ten powinien wystarczyć do zmniejszenia najbardziej intensywnych cierpień psychicznych oraz do opracowania konwencjonalnego sposobu terapii uzależnienia. Większość leczonych osób kontynuuje zwykle zażywanie kokainy, nawet jeżeli uzyskują porady i inny rodzaj terapii mający na celu wyrwanie ich z nałogu. Gdyby zablokowac,kokainę, tradycyjne metody przyniosłyby lepsze skutki; w programach leczenia uzależnienia od heroiny, na które składają się porady i stosowanie metadonu w celu blokowania efektów działania tego narkotyku, współczynnik abstynencji wynosi 60-80%, podczas gdy w postępowaniu polegającym jedynie naterapii behawioralnej zaledwie 10-30%.

Nawet jeżeli bloker kokainy nie zapobiegnie przedostaniu się każdej cząsteczki tego narkotyku do mózgu, będzie jednak prawdopodobnie osłabiał uzależnienie, redukując intensywnośc,narkotyku. Chęć palenia dużej ilości kokainy zostanie być może ograniczona do przynoszącego mniej szkody wdychania kilku miligramów tego narkotyku w proszku. I ta różnica może okazać się wystarczająca, by uzależnione osoby zyskały szansę na wyjście z nałogu.

Informacje o autorze

DONALD W. LANDRY jest profesorem medycyny w Columbia Uni-versity College of Physicians and Surgeons. Pracę doktorską z chemii organicznej wykonał pod kierunkiem laureata Nagrody Nobla Rober-ta Burnsa Woodwarda w Harvard University, a następnie obronił doktorat z medycyny w Columbia University. Po odbyciu praktyki na od-dziale chorób wewnętrznych w Massachusetts General Hospital powroęcił do Columbia University w 1985 roku jako lekarz naukowiecNational Institutes of Health. W 1991 roku utworzył własną pracownię, by badać zastosowanie sztucznych enzymów w medycynie.