EN / DA
Sygdom og behandling

Forskere vil udvikle RNA-medicin mod leversygdom, som millioner af mennesker lider af

Fedtleversygdommen NASH rammer millioner af mennesker verden over, men indtil videre findes der hverken gode måder at diagnosticere eller behandle sygdommen på. Det vil danske forskere nu råde bod på med ny RNA-teknologi.

En stor del af verdens befolkning går rundt med en potentielt farlig sygdom i kroppen, og mange af os ved det ikke engang. Det drejer sig om fedtleversygdommen NASH (nonalkoholisk steatohepatitis), som blandt andet seks procent af den amerikanske befolkning er ramt af.

Selvom millioner af mennesker verden over lider af NASH, findes der i dag ingen særligt effektive metoder til at behandle sygdommen på, og derfor har flere af verdens største medicinalfirmaer investeret milliarder af kroner i at udvikle forskellige former for medicin mod sygdommen.

Derudover arbejder forskere fra blandt andet Danmark på at udvikle helt nye måder at angribe sygdommen på, blandt andet professor Sakari Kauppinen fra Center for RNA Medicin, Klinisk Institut, ved Aalborg Universitet.

"Der findes endnu ikke nogen godkendte lægemidler mod NASH, og det er et problem, fordi mange NASH-patienter udvikler skrumpelever, der kan føre til leversvigt og leverkræft. Derfor er der et stort udækket medicinsk behov for nye måder at diagnosticere og behandle NASH, og vi har udviklet en helt særlig måde at gå til problemstillingen på baseret på RNA-teknologi," fortæller Sakari Kauppinen.

Sakari Kauppinen modtog i 2018 sammen med kollegaerne professor Anders Näär fra University of California i Berkeley, USA, professor Pier Paolo Pandolfi fra Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School i Boston, USA, og professor Ryan Temel fra University of Kentucky i Lexington, USA, en såkaldt Challenge-bevilling på 60 millioner kroner fra Novo Nordisk Fonden til at realisere projektet.

25 procent af verdens befolkning lider af nonalkoholisk fedtleversygdom

En række faktorer spiller ind i udviklingen af komplekse fedtleversygdomme som både NASH og forløberen for NASH, nonalkoholisk fedtleversygdom (NAFLD), som omegnen af 25 procent af verdens befolkning lider af.

Når leveren rammes af NAFLD, skyldes det ofte, at kroppen er blevet belastet af overvægt og kalorie- og fedtrig kost gennem mange år. Levercellerne ophober fedt, og der opstår over tid en betændelsestilstand i leveren. Forbliver tilstanden ubehandlet, bliver levercellerne beskadiget, de går til grunde, og betændelsen udløser bindevævsdannelse (leverfibrose), som kan føre til skrumpelever og leverkræft.

"NASH-patienter med leverfibrose har en øget risiko for at udvikle skrumpelever og leverkræft. Og vi ser en meget stærk sammenhæng mellem overvægt, det metaboliske syndrom og udvikling af først NAFLD og sidenhen NASH, hvor folk i sidste instans kan få behov for levertransplantation," siger Sakari Kauppinen.

Svært at stille en diagnose med NASH

Man burde umiddelbart tro, at når nu 25 procent af verdens befolkning har høj risiko for at udvikle NASH, ville verdens forskere have udviklet effektive måder at diagnosticere eller behandle sygdommen på. Der findes imidlertid ingen godkendte lægemidler til behandling af NASH.

Ydermere er sygdomssymptomerne ofte så vage, at de fleste mennesker slet ikke kan mærke, at de er ved at få en alvorlig leversygdom. Går en person til lægen, og lægen mistænker, at personen kan have NASH, kræver det en vævsprøve fra leveren (leverbiopsi) at stille diagnosen.

Overalt i verden forskes der lige nu intensivt i at finde bedre diagnosemuligheder og behandlinger med forskellige former for medicin mod NASH, og der er flere hundrede kliniske forsøg i gang.

"Intercept Pharmaceuticals’ lægemiddelkandidat Ocaliva er længst fremme i udviklingen og forventes at blive godkendt i 2020 til behandling af NASH. Men selvom Ocaliva har vist en positiv terapeutisk effekt på leverfibrose hos NASH-patienter, har den også nogle bivirkninger," fortæller Sakari Kauppinen.

Unik opdagelse i 1993 ændrede forskningsverdenens forståelse af genetik

Sakari Kauppinen er ligesom så mange andre forskere gået ind i kampen mod NASH, men her stopper sammenligningen også, fordi forskeren fra Aalborg Universitet griber det anderledes an end forskere i resten af verden.

Sakari Kauppinens langstrakte vej til forskning i NASH startede tilbage i 1993, og her skal vi lige have fat i lidt historieundervisning, inden vi går videre. Det hele startede med, at to amerikanske forskere, professor Victor Ambros og professor Gary Ruvkun, i december 1993 publicerede to banebrydende artikler om rundormen C. elegans i Cell.

De to forskere studerede rundormens udvikling og lavede forskellige genetiske undersøgelser. Til deres overraskelse stødte de på et gen under navnet lin-4, der var vigtigt for rundormens udvikling fra forskellige larvestadier til voksen orm, men som ikke kodede for et protein. I stedet kodede lin-4 for et lille stykke RNA, der regulerede udtrykket af andre gener, som var vigtige for larveudviklingen, og på den måde kunne det lille stykke RNA alligevel have stor indflydelse på organismen, selvom det ikke var protein-kodende.

Opdagelsen af det, som vi i dag kender som mikroRNA, var banebrydende, fordi det for første gang blev vist, at et lille RNA-molekyle kunne have en regulerende funktion i celler uden at kode for et protein.

"Det var en meget interessant og banebrydende opdagelse, idet lin-4 var det allerførste mikroRNA, der viste sig at fungere som en slags styreenhed ved at hæmme aktiviteten af en række andre gener i rundormen," forklarer Sakari Kauppinen.

Menneskets arvemasse koder for 2.500 forskellige mikroRNA

Forskerne fandt syv år senere et andet lignende lille RNA (let-7) i C. elegans med en tilsvarende funktion, men der skulle gå yderligere et år, før forskere opdagede, at disse små mikroRNA-molekyler i virkeligheden er meget udbredte i både dyr og planter. Det skete i oktober 2001, hvor Science publicerede tre banebrydende artikler indenfor mikroRNA-forskning. Disse artikler viste for første gang, at mikroRNA findes i både rundormen C. elegans’, bananfluens og menneskets celler.

Derefter tog det ikke forskerne lang tid at finde ud af, at mikroRNA kontrollerer mange vigtige processer i cellen, og allerede i 2002 kunne forskere præsentere resultater, som påviste en sammenhæng mellem fejl i mikroRNA og visse kræftsygdomme.

Et godt eksempel er B-celle kronisk lymfatisk leukæmi (B-CLL), hvor cirka 60 procent af patienterne mangler et lille stykke af kromosom 13. Forskere havde i lang tid prøvet at finde et sygdomsgen i denne region på kromosom 13 som årsagen til B-CLL, men uden held. Men i 2002 opdagede professor Carlo Croce fra Ohio State University, at dette stykke i virkeligheden indeholdt to mikroRNA-gener, miR-15 og miR-16, som manglede hos en stor del af B-CLL-patienterne.

"I dag ved vi, at der findes mindst 2.500 mikroRNA i mennesket, og at de er involveret i regulering af samtlige biologiske processer i cellen. Vi ved også, at de fungerer ved at fintune aktiviteten af andre gener på mRNA-niveau ved at hæmme proteinsyntesen eller ved at fremme nedbrydningen af mRNA-molekyler. Desuden kan et mikroRNA potentielt regulere flere hundrede mRNA-molekyler," siger Sakari Kauppinen.

Benyttede mikroRNA til at udvikle medicin mod hepatitis C-virusinfektion

Sakari Kauppinen blev selv interesseret i mikroRNA i 2001 og begyndte i biotekfirmaet Exiqon at udvikle ny teknologi til at kunne analysere mikroRNA, der på grund af deres ringe størrelse var meget svære at detektere. Nøglen til en forbedret teknologi lå i LNA (locked nucleic acid), der består af en syntetisk RNA-efterligning. LNA er opfundet af professor Jesper Wengel fra Syddansk Universitet i 1998 og kan med fordel bruges i mikroRNA-forskning på grund dens bindingsevne til mikroRNA.

Ved hjælp af LNA-reagenser, som Exiqon fremstillede specifikt til at detektere mikroRNA, lykkedes det et dansk-hollandsk forskerteam for første gang at kortlægge mikroRNA i zebrafisk. Resultaterne fra disse studier blev publiceret i Science i 2005.

På baggrund af de lovende resultater med zebrafisk fik Sakari Kauppinen sammen med forskerne på Københavns Universitet og biotekfirmaet Santaris Pharma den idé, at den samme LNA-teknologi kunne bruges til at hæmme aktiviteten af mikroRNA.

I starten af 2006 dannede forskerne et mikroRNA-forskningskonsortium med henblik på at udvikle en LNA-baseret lægemiddelplatform målrettet mod sygdomsfremkaldende mikroRNA. Her startede Sakari Kauppinen’s indgang til leversygdomme, fordi en af de sygdomme, der var oplagt at kigge på i relation til mikroRNA-baseret medicin, var smitsom leverbetændelse type C (hepatitis C). Det første mikroRNA, som forskningskonsortiet valgte at fokusere på, var et mikroRNA kaldet miR-122, som stort set kun findes i leveren.

"Vi vidste allerede i 2006, at miR-122 spiller en vigtig rolle i kolesterolmetabolismen, og desuden havde professor Peter Sarnow fra Stanford i et banebrydende studie vist, at miR-122 var nødvendigt, for at hepatitis C-virus kunne formere sig i leverceller. Derfor fokuserede vi fra starten på miR-122, og det lykkedes os ret hurtigt at finde en lovende lægemiddelkandidat, kaldet miravirsen, som meget effektivt kunne slukke for aktiviteten af miR-122 og dermed hæmme opformering af hepatitis C-virus i celler," forklarer Sakari Kauppinen.

Forskerne udførte efterfølgende en lang række prækliniske forsøg i musemodeller og i aber, som viste, at miravirsen var effektiv og uden bivirkninger. Du kan finde de videnskabelige artikler her og her.

"Der var ret stor opmærksomhed om dette projekt, for det var første gang, en lægemiddelkandidat var rettet mod et mikroRNA," siger Kauppinen.

2013 markerede endnu en vigtig milepæl i udvikling af verdens første mikroRNA-medicin, efter at Santaris Pharma, som stod for den kliniske udvikling af miravirsen, afsluttede et fase 2a-studie i hepatitis C-patienter med positive resultater. Miravirsen viste sig at have en positiv effekt på hepatitis C hos patienter uden nævneværdige bivirkninger, og resultaterne blev efterfølgende publiceret i et af verdens mest anerkendte tidsskrifter, The New England Journal of Medicine.

MikroRNA har betydning for udvikling af NASH i mus

Idéen om at benytte mikroRNA som mål for lægemidler til behandling af NASH opstod efter flere års samarbejde mellem forskergrupperne fra Aalborg Universitet, UC Berkeley, Kentucky og Harvard Medical School.

Forskerne havde opdaget to specifikke mikroRNA, som viste sig at være meget vigtige for den metaboliske regulering og også spillede en central rolle i udvikling af NASH i mus.

Studierne viste også, at når musene blev fodret med en meget fedtholdig kost, begyndte de at ophobe fedt i leveren samt udvikle fibrose og inflammation. Alt det kunne forskerne dog bremse ved at hæmme aktiviteten de to førnævnte mikroRNA.

"Det fik os til at tænke på, at disse to mikroRNA kunne være interessante at målrette medicin mod i relation til NASH, og da vi undersøgte niveauerne af de to mikroRNA i leverbiopsier fra patienter med NASH, fandt vi også, at de var opreguleret," siger Sakari Kauppinen.

Opdagelserne dannede grundlag for ansøgningen om en Challenge-bevilling fra Novo Nordisk Fonden til at komme dybere ned i den videnskabelige substans.

Computerprogram står for lægemiddeldesign

I løbet af de seks år, som forskningsprojektet løber, vil forskerne syntetisere biblioteker af potentielle lægemiddelkandidater, der kan binde til de to mikroRNA, som ser ud til at have en betydning for udvikling af NASH.

Først og fremmest vil forskerne benytte et computerprogram, der er udviklet på Aalborg Universitet, til at bygge biblioteker af molekyler, som kan binde til de to mikroRNA og derved hæmme aktiviteten af dem.

Efterfølgende vil forskerne syntetisere de meste lovende molekyler og screene dem for effekt, først i celleforsøg og siden hen i forsøg med mus.

"Vores mål er at validere disse to mikroRNA som egnede mål for behandling af NASH samt at identificere lægemiddelkandidater, der effektivt kan hæmme mikroRNA-aktivitet i celler derfor kan tages videre til prækliniske studier i dyremodeller og potentielt set også i kliniske forsøg hos mennesker," siger Sakari Kauppinen.

MikroRNA-præcisionsmedicin

Et andet ben i projektet er, at forskerne gennem deres arbejde selvfølgelig kommer til at blive klogere på, hvilke signalveje i kroppen der spiller ind i udvikling af NASH.

Det vil de primært blive klogere på gennem dybdegående undersøgelser af de biologiske mekanismer, som de to mikroRNA spiller ind i.

Sakari Kauppinen fortæller, at forskerne er kommet godt fra start i deres forskningsprojekt, som blev startet i 2019. Allerede nu har gruppen udvalgt en række lægemiddelkandidater, som skal testes i celler og i musemodeller.

Forskeren forklarer, at et af de springende punkter er, at de potentielle lægemidler kun må binde til de to specifikke mikroRNA, der ser ud til at spille en rolle for udvikling af NASH, og ikke andre RNA-molekyler.

Inden for sundhedsvidenskaben hedder det, at lægemidlerne rammer ’off-targets’, og det kan forskerne undersøge i computermodeller, men også i forsøgene i laboratoriet.

"De bedste kandidater fra vores biblioteker undersøger vi i dyremodeller, hvor vi behandler mus og aber med lægemiddelkandidaterne, og ser, om de har den forventede farmakologiske effekt, og om der er nogle bivirkninger," forklarer Sakari Kauppinen.

Skal arbejde med forskellige dyremodeller

Forskerne skal i projektet arbejde med musemodeller, der kan belyse forskellige aspekter af sygdommen. For det første udvikler forskerne såkaldte knockout-mus, hvor de helt fjerner generne for de pågældende mikroRNA. Her kan de se, hvilken effekt det vil have helt at hæmme udtrykket af de to mikroRNA.

Forskerne vil også udvikle transgene mus, hvor generne for de to mikroRNA bliver overudtrykt. På den måde kan de se, hvilken effekten der kan optræde af for høj aktivitet af de to mikroRNA. Ophober musene fedt i leveren, udvikler de inflammation i leveren, bliver de overvægtige, eller får de leverfibrose med tiden?

Forskerne vil også undersøge forskellige former for kost i musemodeller for at finde ud af, hvordan kost og mikroRNA spiller sammen i forhold til udvikling af NASH.

"Vi er nødt til at vide, hvor essentielle disse mikroRNA er for musene, og hvilke potentielle bivirkninger der kan være ved at manipulere med aktiviteten af mikroRNA. Og så skal vi også se, at det rent faktisk har en effekt at benytte vores lægemiddelkandidater til farmakologisk at hæmme de to mikroRNA i mus, som vi har fedet op på en højfedt-diæt," siger Sakari Kauppinen.

MikroRNA kan måske bruges som biomarkør med diagnostisk potentiale

Et helt selvstændigt mål i forskningen er at se på muligheden for at udvikle nye værktøjer til at diagnosticere patienter med NASH.

I forskningsprojektet har forskerne adgang til både blodprøver og leverbiopsier fra en stor gruppe af patienter med NASH. Netop blodprøverne er interessante, fordi de muligvis kan indeholde biomarkører i form af eksempelvis mikroRNA, der kan fortælle noget om leverens tilstand.

Disse mikroRNA, hvis de altså findes, kan læger potentielt benytte til at stille en diagnose uden at skulle tage en biopsi fra leveren.

"Denne tilgang har vist meget lovende resultater i en lang række sygdomme, og jeg håber, at det også vil være tilfældet i forbindelse med NASH," siger Sakari Kauppinen.

At være på tærsklen til kliniske forsøg vil være en succes

Sakari Kauppinen håber, at forskerne, når projektet slutter, vil stå med én eller flere lægemiddelkandidater, der har vist sig effektive i forhold til at behandle NASH i dyremodeller, samt nogle biomarkører, der kan bruges til at stille en NASH-diagnose.

Hvis forskerne står på tærsklen til at lave de første kliniske forsøg med mennesker, har det hele været en stor succes.

"Det ultimative vil være, at det lykkes at oversætte vores grundforskning til noget, som kan videreudvikles til ny behandlingsmuligheder mod NASH, idet dette potentielt vil have stor betydning for folkesundheden i hele verden,« siger Sakari Kauppinen.

Sakari Kauppinen modtog i 2018 en Novo Nordisk Foundation Challenge Programme-bevilling til projektet ”Therapeutic Targeting of Metabolic MicroRNAs as a New Treatment Paradigm for NASH".

Sakari Kauppinen
Professor & Director of Center for RNA Medicine
Sakari Kauppinen serves as Professor at the Department of Clinical Medicine, Aalborg University and Director of the Center for RNA Medicine. Dr. Kauppinen earned his M.Sc. in Genetics from the University of Helsinki and his Ph.D. in Molecular Biology from the University of Copenhagen followed by postdoctoral training at the GeneExpress Research Satellite, Novo Nordisk, Denmark. His research focuses on exploring the roles of microRNAs, long noncoding RNAs and circular RNAs in human health and disease and discovering RNA-targeted therapeutics for unmet medical needs. Before joining Aalborg University, Dr. Kauppinen was Senior Director of MicroRNA Research and Drug Discovery at Santaris Pharma, and Head of the microRNA Research Unit at the Department of Cellular and Molecular Medicine, University of Copenhagen, where he was responsible for multiple microRNA research and drug discovery programs in cancer, cardiometabolic and infectious diseases, including the discovery of the world’s first microRNA‐targeted medicine, miravirsen. He was also a member of the miravirsen clinical development team that has successfully advanced this microRNA drug to clinical phase 2 trials for the treatment of chronic hepatitis C virus infection with proven efficacy against HCV and a good safety profile.