על הדור החדש של נוגדנים

על הדור החדש של נוגדנים "מהוּנדסים" לטיפול במחלות מורכבות

פרופ` בן-עמי סלע, מנהל המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-השומר; החוג לביוכימיה קלינית, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב.

מערכת החיסון בגופנו היא אחת המערכות המורכבות ביותר בביולוגיה. יש בה חלוקה מובהקת בין תאים המצוידים ב"חיישנים" שתפקידם לסייר ברחבי הגוף ולנסות לזהות תאים "זרים" או תאים שעברו שינויים מהותיים ואיבדו את זהותם המקורית, כמו תאי סרטן אך גם תאים מזדקנים ופגומים אחרים. אז פועלת מערכת החיסון להשמיד תאים אלה באופן ישיר על ידי לימפוציטים מסוג T הידועים כתאי T רעלנים, או ביצירת נוגדנים מסיסים הנקשרים לתאים ה"בלתי רצויים" וממיתים אותם. וכמובן שעיקר תפקידה של מערכת החיסון בגוף, לזהות תאים זרים, או מיקרו-אורגניזמים שפלשו לגוף כחיידקים, נגיפים, ויצורים מיקרוסקופיים אחרים, ולנטרל אותם. והמכונה החיסונית שלנו נעזרת בתאים שונים ומורכבים כמו תאי T "מסייעים" (helper T cells) ותאים דנדריטים (dendrites) ואחרים הקשורים להעברת המסר על אנטיגנים "זרים" מתאי החישה לתאי הפלזמה המייצרים את הנוגדן הספציפי שיגיב עם האנטיגן הזר המסוים.

למרות שהנוגדנים עצמם מהווים רק מרכיב אחד במערכת החיסונית הכוללת, ניתן לראות בהם את התוצרים המובהקים ביותר של מנגנון ההכרה של מערכת החיסון שיזהו אנטיגן "זר" שנוצר או פלש לגוף, ייקשרו אליו וינטרלו אותו. ואולי לא במקרה, נוצר אך ביטוי אחד בשפתנו-"חיסון" המבטא את שני הביטויים הלועזיים"Immunology" (מערכת החיסון) אך גם vaccination"" (פעולת החיסון כנגד אנטיגן מסוים). לכן רבים אף רואים ברופא האנגלי אדוארד ג`נר, את אבי האימונולוגיה המודרנית בכך שחיסן ילד בשנת 1796 כנגד אבעבועות שחורות, ובחיסון תקדימי זה פתח את עידן החיסונים כנגד גורמי-מחלה שונים. אך למרות שחיסון נחשוני זה של ג`נר בוצע לפני למעלה ממאתיים שנה, עדיין ממשיכה תורת האימונולוגיה לעורר שאלות ותמיהות ברמה המולקולרית, ויש עוד כברת דרך לפנינו בהבנת מנגנוני מערכת החיסון.

עצם כתיבת שורות אלה מעוררת בי תחושות נוסטלגיה והתרגשות. נוגדנים ודרך פעולתם מחזירים אותי אחורה לתחילת שנות ה-70, כאשר החוקר האמריקאי Gerald Edelman זכה בפרס נובל לרפואה לשנת 1972 על חלקו בפענוח המבנה הכימי של המולקולות הידועות כאימוּנוֹ-גלוֹבּוּלינים מהם כידוע בנויים הנוגדנים. שנים רבות התלבטו כיצד בדיוק נראית מולקולת נוגדן, וכיצד היא מזהה ונקשרת לאנטיגן אותו היא מכירה. היו אלה בעיקר Edelman והאנגלי Porter, שותפו לפרס, שהראו שמולקולה קלאסית של נוגדן מורכבת משתי שרשרות חלבון ארוכות "heavy chains" המחוברות ביניהן וכל אחת האלה קשורה לשרשרת חלבונית קצרה "light chain", ואותו מקטע (fragment) של מולקולת הנוגדן בה מחוברת השרשרת הקלה לשרשרת הכבדה קרוי Fab והוא אחראי לקישור לאנטיגן (ab-antigen binding) ונטרולו. בכל מולקולת נוגדן יש כמובן 2 מקטעי Fab, כאילו לסייע לנוגדן ללפות את האנטיגן בשתי צבתות. מנגנון פעולת הנוגדנים ריתק את דמיוני ובקשתי להצטרף לצוות המחקר של Edelman, וזאת אמנם עשיתי בשלהי 1973.

זכורים לי בבהירות רבה 3 שנות מחקר מאומץ במעבדה בניו-יורק, בהם ניסינו בין השאר לחסן ארנבות כנגד אנטיגנים סוכּריים (carbohydrates) המהווים חלק מהמעטפת של חיידקים שונים, בהנחת היסוד שנוגדנים אלה שאמנם קשה לקבלם בחיסון רגיל של הארנבת, יהיו מסוגלים להיקשר, להגיב ואולי אף לנטרל חיידקים שונים, המכילים על פניהם את אותם מבנים סוכריים. אך בהמשך התברר שמאמץ זה, כרבים אחרים במחקרים רפואיים, לא יניב את הפירות המקווים, והנוגדנים המתקבלים בנסיוב של הארנבת המחוסנת אינם סגוליים (ספציפיים) דיים, ויש צורך לפתח טכנולוגיה חיסונית משוכללת יותר להשגת נוגדנים המכוונים כנגד מקטעים אנטיגניים מצומצמים אך גם ספציפיים יותר.

הבשורה הגיעה בשנת 1975 מלונדון במאמר שהתפרסם ב-Nature, פרי עבודתם של Kohler ו-Milstein, שהכניסו את מדע האימונולוגיה לשלב חדש ומלהיב, על ידי טכניקת ההיברידומות לייצור נוגדנים חד-שבטיים (monoclonal). עד 1975 חיסון כנגד אנטיגן מסוים כגון חלבון למשל, התבצע על ידי הזרקתו לחיות כארנבות, עזים או אף סוסים. הנוגדנים שהתקבלו אחרי פרק זמן של שבועות היו למעשה "רב-שבטיים" (polyclonal), דהינו מולקולות נוגדנים שנוצרו באלפי תאי פלסמה של החיה המחוסנת וכתוצאה מכך היו נוצרים עותקים רבים של מולקולות נוגדן שכל אחת מהן "הכירה" והגיבה כנגד אזור אחר או אֶפּיטוֹפ על פני האנטיגן ששימש בחיסון החיה.
Milstein ו-Kohler הגו את הרעיון המזהיר על פיו מזריקים אנטיגן חלבוני לעכבר דווקא, ולאחר ימים אחדים נוטלים את הטחול המכיל לימפוציטים רבים "המחוסנים" כנגד האנטיגן המוזרק. כל אחד מתאי טחול אלה, מכיל את המידע הדרוש ליצירת נוגדן מאוד מסוים המכוון כנגד חלק קטן באנטיגן, כלומר מתקבלים למעשה נוגדנים חד-שבטיים (מונו-קלונליים). לאחר שגורמים לאיחוי (fusion) של כל אחד מתאי טחול אלה עם תאי מיאלומה סרטניים מקבלים בן-כלאיים (היבריד) שאורך ימיו בלתי מוגבל, ואפשר לגדלו בתנאי תרבית כשורת תאים (היברידומה) המפרישים לנוזל הגידול של תאים אלה את הנוגדן החד-שבטי המבוקש.

כשנולד לעולם מושג ההיברידומות, החל גל אדיר של מאות מאמרים בהם תוארו נוגדנים חד-שבטיים כנגד אנטיגנים של תאי סרטן ואחרים, והייתה תחושה שהנה אנו עומדים לייצר את אותו "נשק קסמים" או magic bullet שהיה חלומו של פאול אהרליך מאבות האימונולוגיה של תחילת המאה הקודמת. והיו כבר שהגו את הרעיון של קשירת רעלן או אנזים קטלני או כל תרופה אנטי-סרטנית, אל זנבו של נוגדן חד שבטי המכוון כנגד מרכיב בממברנת תא סרטני, באופן שנוגדן זה "סוס טרויאני" ידביק את חומר הרעל אל אותו תא סרטני וישמידו.

אך תחזיות אופטימיות אלה לא הניבו פירות תרופתיים יעילים מסיבה שהיום נראית כמעט צפויה. כל אלפי הנוגדנים החד-שבטיים שנוצרו מאמצע שנות ה-70, יוּצרו בעכברים, ובהזרקתם לבני-אדם, זיהתה מערכת החיסון האנושית את הנוגדן החלבוני העכברי כאנטיגן "זר", ומייד דאגה לנטרלו ולהשמידו על פי העקרונות האימונולוגיים הקלאסיים. אז החלו הניסיונות הראשונים לפתח נוגדנים "כימֶריים" (chimera-מפלצת מיתולוגית המורכבת מנחש, אריה ועז), על ידי איחוי של החלק המשתנה (variable) בשרשרת הנוגדן הכבדה ממקור עכבר, עם החלק הקבוע בשרשרת הנוגדן ממקור אדם. ע"י כך מתקבל נוגדן כלאיים כש-70% ממנו ממקור אדם, ובכך קטנה התגובה האימונוגנית שהוא מעורר בהזרקתו לבני-אדם. וכך החלו להופיע בשוק התרופות דוגמאות ראשונות לסוג חדש זה של נוגדנים כימריים ונזכיר שתיים מהם infliximab, שפותח על ידי חברת Centocor שהוא נוגדן המכוון כנגד TNFα או tumor necrosis factor, ומיועד לטיפול בדלקת פרקים שיגרונתית (ראומטואיד ארטריטיס); Erbitux- שמייצרת חברת בריסטול-מאיירס-סקוויב והוא נוגדן כנגד גורם הגידול האפידרמלי (EGF) לשימוש בטיפול בסרטן המעי הגס.
מעניין לציין, שאם בין השנים 1986 עד 1994 אושר לשימוש מדי שנה בממוצע נוגדן כימרי אחד לטיפול תרופתי, החלה הפריצה בתחום זה משנת 1995 וכך בשנת 2003 בלבד אושרו לשימוש 16 נוגדנים כימריים חדשים לטיפול תרופתי.

הסיבה להתגברות מרשימה זו במספר הנוגדנים המאושרים לשימוש בטיפול תרופתי באדם, נובעת מטכניקה מתקדמת עוד יותר לקבלת נוגדנים שיהיו יעילים ולא יידחו בהזרקתם לחולים. מדובר בתהליך של האנשה (humanization) כמעט מוחלטת של הנוגדנים הכימריים, על ידי שמצמצמים עוד יותר את הרכיב העכברי בנוגדן הכימרי, בכך שנוטלים מהנוגדן העכברי המקורי מקטע מצומצם יותר הידוע כ-CDR והוא מהווה למעשה לולאה קטנה היוצרת את אזור הקישור של הנוגדן לאנטיגן, ושותלים אותו על פני שלד של נוגדן אנושי המרכיב כ-90% מכלל הנוגדן הכימרי. וכך נוצרו נוגדנים המשווקים בהצלחה כמו Zenapax, שיצרה חברת Roche, והוא מכוון כנגד האנטיגן CD-25, המופיע על פני תאי דם לבנים, ומשמש למניעת דחייה של כליות מושתלות; efalizumab או Raptiva, שמייצרת חברת Genentech, נוגדן המכוון כנגד האנטיגן CD-11a, לטיפול במחלת הפסוריאזיס. נוגדן מפורסם אחר שנוצר בשיטת האנשת הנוגדנים קרוי Humira, או adalimumab, שיצרה חברת Abbott, והוא מכוון אף הוא כנגד TNFα.

אך השיפורים בתחום זה של יצירת נוגדנים חד-שבטיים יעילים לטיפול תרופתי באדם, אינם יודעים גבול. השאיפה הייתה להגיע לנוגדנים שהם במלואם ממקור אנושי (fully human antibodies), כדי להגביר את יעילותם ולמנוע לחלוטין אפשרות דחייתם באדם המטופל. בכך נעזרו בטכנולוגיית העכברים המהונדסים-הטרנסגניים, שפותחה בתחילת שנות ה-90. בעיקרון, פיתחו זני עכברים בהם דיכאו לחלוטין את הגנים המייצרים נוגדנים, והחדירו להם את הגנים האנושיים ליצירת נוגדנים. כלומר, כאן הופכים עכברים טרנסגניים למעין בתי-ייצור לנוגדנים אנושיים המיוצרים בעכבר המהונדס גנטית. היום פועלות 3 חברות להכנת נוגדנים אנושיים במלואם אלה המיוצרים בפונדקאים עכבריים: Abgenix שזני העכברים שלה קרויים-XenoMouse , Medarex-המטפחת עכברי HuMb ו-חברת Kirin המגדלת עכברי TC-mouse. פירות טכנולוגיה זו הגיעו לשלב של בחינה והערכה קלינית והם יופיעו בשוק התרופות במהלך 5 השנים הבאות.

אך כשמתחילים לשנות סדרי בראשית בשבירת כללים וחוקים, וביצירת נוגדנים בני-כלאיים של עכבר ואדם, או בהחדרת גנים אנושיים לעכברים כדי שאלה יהפכו לפונדקאים יוצרי נוגדנים אנושיים, עולה רף ההעזה והדמיון המדעי הפורה. אם עד כה הנוגדנים ה"מהונדסים" היו בהרכבם בעלי הרכב וצורה של מוליקולת נוגדן קלאסית של שרשרות כבדות וקלות, כעת מנסים ליצור למטרה הרפואית מקטעים של נוגדנים המורכבים רק מחלק השרשרת הקלה או הכבדה באזור "הקושר אנטיגן" של הנוגדן. מקטעי נוגדן קטנים אלה, המהווים רק כ-10% ממוליקולת הנוגדן הקלאסית השלמה, הם בעלי יתרון בכך שהם מסוגלים לחדור טוב יותר לתאים סרטניים למשל, וגם קל יותר לייצרם בהנדסה גנטית ולדבר משמעות כלכלית רבה.

חברת Domantis הבריטית מפתחת בימים אלה מקטע נוגדני קטן כזה המכוון נגד TNFα. יתרה מכך, מפתחים היום מולקולות בהן קושרים או מצליבים יותר ממקטע נוגדני בודד, ליצירת דו-מקטע (dimmer), תלת-מקטע (trimer), ארבע-מקטע (tetramer) או אף מקטע מחומש (pentamer), וכך מגדילים את יכולת הקישור, או הפגיעה של נוגדנים המכוונים לדוגמה כנגד מרכיב חלבוני על ממברנת התא הסרטני. ואם כבר עוסקים ביצירת קומפלקס של מספר מולקולות נוגדן, כדאי לציין את הטכניקה החדשה בה מאריכים את אורך חיי הנוגדן המוזרק לצורך טיפול רפואי, על ידי שמגנים עליו בכך שקושרים אותו לפולימר הידוע כ-PEG או poly- thylene-glycol, וכיום נמצא בשוק תוצר ראשון שלטכניקה זו הנוגדן CDP870 לטיפול ב-Rheumatoid arthritis, שהוא למעשה מקטע קושר TNFα של נוגדן חד שבטי ש"הואנש" (humanized) והוא אכן קשור לפולימר PEG.

וכמו שכבר הוזכר, אותם נוגדנים ניתנים להפוך לנשאים של מולקולות בעלות פעילות ביולוגית שאנו מעוניינים להחדיר לתאים שונים. לדוגמא, קיימים כיום נוגדנים קשורים ב"זנבם" למוליקולת ציטוקין IL-12, או לרעלן (toxin) המאוד פעיל ricin, או לרעלן של החיידק פסאודומונס, או אפילו האנזים RNAse המפרק את חומצת הגרעין RNA. כל המולקולות שצוינו כאן שנקשרו לנוגדן המובילם לתא הסרטני, ושם הם מסוגלים לגרום למותו של תא זה. הדוגמא האחרונה היא זו של התרופה שמה Mylotaeg והיא מיוצרת על ידי ענק התרופות האמריקני Wyeth, והיא למעשה נוגדן "אנושי" Gemtuzumab, המכוון כנגד האנטיגן CD-33 היושב על פני תאי דם לבנים, אשר קשרו לו את הרעלן החריף calicheamicin, והוא אושר לטיפול בחולי AML או לויקמיה מייאלואידית חריפה.

ולסיום עוד התפתחות טכנולוגית של העת האחרונה: עד כה ניסו בין השאר לייצר נוגדנים תרופתיים אלה למטרה שיווקית בתאי אדם שגודלו בתנאי תרבית, ונזכיר שורות תאי-אדם כמו CHO או NS0. צורת ייצור זו של נוגדנים הייתה יקרה יחסית בעלות ממוצעת של 500-1000 דולרים לגרם של תוצרת נוגדנים. לכן פותחה כעת חלופה מרשימה על ידי יצירת עזים טרנסגניות ואף כבשים טרנסגניות. כלומר אם עד כה הסתפקו בעכברים טרנסגניים , "מהנדסים" היום באופן גנטי אף חיות גדולות, שהוחדרו להן גנים על מנת לגרום להן לייצר חלב המכיל נוגדנים אנושיים, וכך מקבלים למשל מעז המייצרת כליטר חלב ביום כמה עשרות גרמים של נוגדן רצוי מדי יום, והעלות של נוגדן כזה שנוצר בחלב עז יורדת תלולות עד כ-40 דולר לגרם נוגדן.
אך לדמיון ולהעזה אין גבול, והיום כבר מייצרים "צמחים טרנסגניים" כמו טבק, תירס, סויה, אורז או חיטה לתוכם הוחדר גן של נוגדן אנושי, על ידי הדבקת צמחים אלה בעזרת הנשא Agrobacterium, או בטכניקה חדישה הקרויה "הפצצת גנים". בעזרת אלה מנסים "לשכנע" חיטה לייצר נוגדנים אנושיים ולא רק קמח. כשפרסם אלדוס הקסלי בשנת 1932 את ספרו הנבואי A brave new world, מעט מאוד היה ידוע על אימונולוגיה ונוגדנים. אך כשאנו צופים במהפכה המתחוללת בטכנולוגיית ייצור נוגדנים "בלתי טבעיים" וניצולם למטרות תרפיה, לבטח מותר להתייחס לכך כאל A brave new immunology.

בברכה, פרופ` בן עמי סלע