Üks oluline takistus tõhusamate ravimite väljatöötamisel on jätkuvalt ravimi toimetamine kehas ravi vajavasse sihtkohta. Ravimi võtmine ei pruugi aidata toimeainel jõuda keha kudedesse, kus seda vajatakse, kui puudub vastav kandja või vahendaja.

Tallinna Reaalkooli gümnasisti Mia Marleen Rahe uurimistöö sisu oli rakendada üht molekulaarbioloogias kasutatavat uut tüüpi DNA nn lõikamise ja kleepimise meetodit. Viimase abil soovis ta hõlbustada viiruspõhiste ravimikandjate jõudmist sihtmärkrakkudeni ja töötada seeläbi välja tõhusamaid ravimikandjaid, kirjutavad ajakirja Akadeemiake juhatuse liige ja ravimiameti spetsialist Pille säälik ning IVEX Lab OÜ tegevjuht Illar Pata.

Kus häda kõige suurem, seal abi...

Kui inimene haigestub ja vajab seetõttu ravimit, on sageli seda vaja kehas mingis kindlas koes, näiteks kopsus, südames, maksas. Peale manustamist kehas kindlasse sihtkohta liikuvate ja seal rakkudesse sisenevate ravimite väljatöötamiseks tehakse teaduses väga suuri pingutusi. On tehtud mitmeid edusamme, näiteks arendatud konkreetsete sihtmärkide vastu suunatud antikehi, kuid uurimispõld on veel väga lai.

Viimasel paaril kümnendil on kiiresti arenenud viiruspõhiste geeniteraapiaravimite valdkond. Sellised ravimid on sisulises mõttes viirustesse pakitud kindla ravitoimega valku või RNA-d kodeerivad geenid, mis hakkavad pärast viiruse rakku sisenemist avalduma ehk seda valku või RNA-d tootma.

Selliseid viiruspõhiseid ravimeid, mille toodetav valk peab organismis teraapiliselt mõjuma, on 2025. aasta septembri seisuga Euroopa Liidus müügil kaheksa. Kõige uuem viiruspõhine ravim on Vyjuvek, mille näidustus on bulloosne epidermolüüs, kus patsiendil on eriti habras nahk ja iga puudutus või hõõrdumine võib põhjustada valulike villide teket. Mainitud preparaat on esimene Eestisse toodud seda tüüpi ravim, et aidata üht selle haruldase päriliku haigusega last.

Kuidas ravida õigeid rakke?

Üks peamisi väljakutseid geeniteraapias on, et ravigeeni avaldumine toimuks ainult nendes rakkudes, kus seda on vaja. Selleks on mitu võimalust. Esiteks, ravigeenile võivad olla lisatud teatud raku- või koetüübile omased regulaatorjärjestused, mis võimaldavad ravigeeni avaldumist organismis vaid soovitud rakkudes või koes. Mujal organismis on geeni avaldumine samas vaigistatud. Sel juhul on vaja ravimit aga ikkagi suures koguses, sest üldise manustamise puhul satub seda organismis kõikjale.

Teine võimalus on parandada geeniravimi enda sihtimist, et see seonduks ja viiks ravitoimega geenid ainult vajalikkesse rakkudesse. See oleks patsiendile ohutum, sest võimaldaks vähendada kasutatavat ravimiannust ja kontrollida võimalikku immuunvastust.

Enamik viiruspõhiseid geeniteraapia ravimeid kasutab kandjana adenoassotsieerunud viiruseid (AAV). Bioloogiliselt on tegu väga väikeste viirustega, mille läbimõõt 20–25 nanomeetrit. Need võivad siseneda paljudesse erinevatesse rakutüüpidesse, põhjustamata inimese haigestumist. Nende erinevaid tüvesid leidub looduses sadu, ent teaduslikult on neist põhjalikumalt uuritud umbes kümne eri tüve omadusi.

Viiruse rakku sisenemisel on juhtroll viirust katvatel molekulidel. Adenoassotsieerunud viirusi (AAV) ümbritseb valguline kate ehk kapsiid. See koosneb 60 kapsiidivalgust, mida kodeerib üks ja sama geen. Kapsiidivalgud on justkui käed, mis organismi sattudes kindlatest raku pinnamolekulidest n-ö kinni haaravad ja viirusosakesel rakku siseneda aitavad.

AAV tüvedel on erinev kapsiidivalgu järjestus, seetõttu võivad need tüved seonduda ühe või teise koe- ja rakutüübiga erineva tõhususega. Ühtlasi on avastatud organismis kindlale sihtmärgile seonduvaid lühikesi valgujärjestusi ehk peptiide. 

Lõika ja kleebi

Tallinna Reaalkooli õpilane Mia Marleen Rahe tegeles oma uurimistöös AAV-dega. Tema töö eesmärk oli koostada nn kuldvärava (ingl Golden Gate) ehk teatud tüüpi DNA n-ö lõikamise ja kokkukleepimise meetodil põhinev kloneerimisplatvorm AAV kapsiidivalkude soovikohaseks muutmiseks.

See meetod on väga sobiv suure hulga uute kapsiidivariantide loomiseks. Täpsemalt oli Mia Marleeni ülesanne koostada DNA plasmiidikogu, mis sisaldab AAV kapsiidivalkude geenilõike ja peptiidide geenilõike, millel on varasematest uuringutest teada võime seonduda kopsu- ja kasvajakoe pinnal olevate sihtmärkidega.

Kasutades loodud plasmiide, lisas Mia Marleen eri peptiide viiruse kapsiidivalkude väljaulatuvasse ossa. Piltlikult võib seda lähenemist ette kujutada nii, et Mia Marleen konstrueeris viiruse pinnal olevad nn molekulkäed kopsu- ja kasvajarakkude suhtes kleepuvamaks. Sel viisil erinevate valkude osadest kokku pandud kunstlikke valke nimetatakse kimäärseteks. Töös uuriti, kas selliste kimäärsete valkude tekitamine võiks AAV-de sihtmärki muuta või olemasolevat äratundmist tugevdada.

Kokku valmistas Mia Marleen 20 uut kimäärset AAV viiruse kapsiidivalgu varianti. Seejärel testis ta, millise saagisega kimäärsete kapsiidivalkudega AAV-sid laboritingimustes kasvatatavas inimesest pärit rakuliinis paljundada saab, sest sel viisil toodetakse viirusravimeid ka tööstuslikult. Katsete tulemusel selgus, et muudetud kapsiidivalkudega viiruse variandid paljunesid rakkudes reeglina kehvemini kui looduses leiduvad adeno-assotsieerunud viiruse tüved.

Seejärel testis Mia Marleen, kuidas suudavad muudetud kapsiidivalkudega viirused kunstlikes tingimustes kasvavaid kopsu- ja kasvajarakuliine nakatada. Ta leidis, et viiruse pinnavalkude järjestusse lisatud peptiidid mõjutasid nakatamise võimet eri rakuliinides erineval määral. See näitab osa variantide potentsiaali edasisteks uuringuteks.

Mia Marleeni uurimistöö oli osa suuremast projektist, milles uuritakse peptiidide mõju viirusvariantide rakuspetsiifilisusele. Uurimistöö tulemusena valminud optimeeritud DNA n-ö lõikamise ja kleepimise meetodist ja plasmiidikogust on suur abi muudetud pinnavalkudega AAV-de kiiremaks tootmiseks. Ühtlasi proovis õpilane läbi kogu muudetud pinnavalkudega AAV-de tekitamise ja testimise laboratoorse tööahela.

Mia Marleen Rahe uurimistöö "Erinevate kapsiidivalkudega pakitud adenoassotsieeritud viirusvektorite nakatumisvõime mõõtmine koekultuurides" saavutas 2025. aasta õpilaste teadustööde konkursil gümnaasiumiastmes I koha. Töö juhendajateks olid IVEX Lab OÜ tegevjuht Illar Pata ja õpetaja Kersti Veskimets. Uurimistööga saab täpsemalt tutvuda õpilaste teadusajakirjas Akadeemiake.