A cariprazine a magyar gyógyszerfejlesztés utóbbi évtizedeinek legsikeresebb alkotása. A Richter Gedeon terméke olyan antipszichotikum és antidepresszáns, amelyet az amerikai gyógyszerügyi hatóság (az FDA) is engedélyezett, így már egymilliárd dollár feletti forgalmat generál évente. Bár a gyógyszer remekül működik például a depresszió ellen, furcsa módon a biológiai hatásmechanizmusa nem teljesen ismert. Ebben lépett előre hatalmasat a Katona István (ELKH Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet, KOKI), illetve Keserű György Miklós (ELKH Természettudományi Kutatóközpont, TTK) által vezetett kutatócsoport. Ehhez egy olyan új, a KOKI-ban kifejlesztett mikroszkópos eljárást használtak, amellyel nanométeres pontossággal egyenként lehet látni az idegsejtekhez kötődő és világító gyógyszermolekulákat.

 

Katona István szerint, bár a Nature Communications folyóiratban most megjelent eredményekhez vezető kutatás immár öt évvel ezelőtt kezdődött, a történet kezdetéig még korábbra, a 2010-es évek elejére kell visszamennünk. „A 2013-ban kezdődött, Lendület-pályázat által támogatott kutatásaink fő célja az volt, hogy kidolgozzuk az akkoriban a KOKI-ba érkezett, úgynevezett STORM szuperrezolúciós mikroszkóp alkalmazási eljárásait az agykutatásban – mondja a KOKI Molekuláris Neurobiológia csoportját vezető kutató. – Én a pályám nagy részében elektronmikroszkópot használtam, ami fantasztikus technológia, de nagyon lassú és munkaigényes, egyszerre pedig csak egy-két fehérjét lehet vizsgálni vele. Ezért volt nagyon izgalmas számunkra, hogy a szuperrezolúciós fluoreszcens mikroszkópokkal színesben, nagy felbontásban egyszerre sok fehérjét is láthattunk a felvételen, és megvizsgálhattuk, hogy pontosan mi történik például egy receptorral egy adott kezelés hatására.”

A floureszcens mikroszkópia működése azon alapszik, hogy ibolyán túli fénnyel megvilágítva a különböző molekulák eltérő színű (hullámhosszú) floureszcens fényt bocsátanak ki. Ilyen floreszcens csoportokat bármilyen molekulára kapcsolhatunk, amelyek ezáltal nyomon követhetők lesznek például az agyszövet mikroszkópos képén. A szuperrezolúciós mikroszkópok képesek a fehérjéket nanométeres (a milliméter egymilliomod része) pontossággal megjeleníteni, ami hatalmas lehetőségeket rejt a molekuláris agykutatásban.

Az előző évtized közepén Katona Istvánék a Nature Neuroscience folyóiratban közölték a tanulmányukat arról, hogy milyen módon lehet az úgynevezett STORM mikroszkópia segítségével az idegsejttípusok alkotórészein vizsgálni a fehérjéket. A STORM a SzTochasztikus Optikai Rekonstrukciós Mikroszkóp rövidítése. A kísérletben a kannabisz pszichoaktív hatóanyagával, a THC-vel kezelték az egereket, és a mikroszkópos képeken azt látták, hogy egy adott idegsejt felületéről a kannabioidreceptor-fehérjék nagy része eltűnt.

„Ezen az úton indultunk tovább, és ehhez a Lendület-pályázat szenzációs segítséget nyújtott, hiszen öt év biztonságot adott, mi pedig ez idő alatt nyugodtan tudtunk dolgozni – folytatja Katona István. – Szoftvert fejlesztettünk a felvételek elemzésére, amely a Nature Protocols folyóiratban jelent meg és olasz partnereinkkel együtt felfedeztük, hogy a THC-t kapó anyaegerek utódainak dopamintartalmú sejtjei hiperaktívak, sokkal erősebben reagálnak az ingerekre. Ez magyarázatul szolgálhat arra, hogy a THC-fogyasztó édesanyák gyermekei miért szenvednek sokkal nagyobb valószínűséggel különböző pszichiátriai betegségekben.

E kísérletekben (a molekuláris biológiai kutatásokban elterjedt módon) antitesteket használtak a fehérjék felismerésére. Az antitestek specifikusan kötődnek az előre meghatározható fehérjékhez, így azok azonosíthatóvá válnak, csakhogy az antitestek túlságosan nagyok, 15 nanométeresek (ami igazából nagyon kicsi, de a molekuláris neurobiológia mérettartományában ez hatalmasnak számít). Emiatt az antitestek nehezen jutnak be az agyszövet belsejébe, nehezen találják meg a célfehérjét. Ott vannak azonban a kismolekulájú, alig egy nanométeres gyógyszermolekulák, és az agykutatók azon kezdtek gondolkodni, hogy vajon jelölhetnék-e ezeket fluoreszcens festékkel, hiszen elképzelhető volt, hogy e gyógyszermolekulák majd jobban eloszlanak a szövetben, és hatékonyabban ismerik fel a célfehérjéket.

E fejlesztést tűzték ki célul az akkoriban indult Élvonal-pályázatban, miközben Keserű György Miklós csoportja pedig fluoreszcensen világító kismolekulák kifejlesztésére kapott támogatást a Nemzeti Agykutatási Programból. A két téma tökéletesen kiegészítette egymást, így 2016-ban együttműködésbe kezdett a két kutatócsoport egymással. Először világító kannabiszmolekulát készítettek Ábrányi-Balogh Péter segítségével, ami bekötődött a kannabioidreceptorra, és a sejthártyán nanométer pontossággal vizsgálhatóvá vált. Ez valóságos mérföldkő a gyógyszerhatástani vizsgálatokban.

„Korábban úgy mérték a gyógyszerek kötődését, hogy kiemelték a kérdéses szövetet az egerek agyából, majd feltrancsírozták, és csak általánosságban tudták megmérni azt, hogy a gyógyszerből mennyi kötődött az idegsejtekhez – mondja Katona István. – Csakhogy ez a felbontás messze nem elég a gyógyszerek valós hatásmechanizmusainak vizsgálatához. Ma már tudjuk, hogy nagyjából ezer különböző, funkciója alapján elkülöníthető agyterület létezik, minden agyterületen van százféle idegsejt típus, amelyek felszíni fehérjéi is rendkívül bonyolultak. Nem elegendő tehát a homogén összedarált szövetet mérni, hiszen előfordulhat, hogy az egyik sejten több van a kötődő fehérjéből, mint a másikon. Vagyis nagyon fontos, hogy egy adott sejtre, sőt a sejt különböző részeire (például az axonra vagy a dendritre, vagyis a hosszú, jelküldő és a rövid, jelfogadó nyúlványaira) specifikusan tudjunk molekuláris méréseket végezni.”

A kiemelt képen az első szerző, Prokop Susanne és Katona István látható (Fotó: Katona István)

A cikk folytatása itt olvasható.