U nedavnom razgovoru za portal Live Science, profesor Ed Rainger sa Sveučilišta u Birminghamu, na kojem sa svojim timom znanstvenika istražuje procese akutne i kronične upale, pored ostaloga je rekao: „Kada ljudski organizam ne bi bio sposoban za stvaranje upale, umrli bismo. I ne samo umrli, nego i izumrli. Ni više ni manje“.

Upala je prirodna reakcija našeg imunološkog sustava na fizičku traumu (ozljedu) i na kontakt s vanjskim mikrobiološkim uzročnicima bolesti (infekciju) i kao takva ima nezamjenjivu ulogu u zaštiti i reparaciji tkiva, organa i cijelog organizma. Dakle, ovako krhki i maleni u beskonačno velikom svijetu koji nas okružuje, svakoga dana i svake sekunde izloženi doslovnim milijardama patogenih mikroorganizama, virusa, bakterija i potencijalnih uzroka ozljeda, bez imunoloških procesa upale koji nas štite i popravljaju štetu, ne bismo izdržali jako dugo. Utoliko je konstatacija o upali kao našem superheroju posve točna.

Ali, baš kao u svakom boljem marvelovskom stripu ili filmu o superjunacima, naš superheroj ponekad iskazuje i svoju tamnu, mračnu stranu. Ako prekorači fiziološki predviđene granice kratkoročnog akutnog odgovora na infekciju ili oštećenje pa se otme regulacijskim mehanizmima, upala može krenuti u najmanje dva neželjena smjera: prema previše snažnom procesu angažiranja svih imunih obrambenih oružja koja nekontrolirano ubijaju sve pred sobom – od neprijatelja do posve nedužnih kolateralnih žrtava, našeg vlastitog tkiva i organa… ili se ne zaustavi nakon što obavi svoj zadatak obuzdavanja akutne infekcije, nego prijeđe u dugoročni oblik koji traje mjesecima ili godinama - upala postaje kronična. A kronična upala može potaknuti prilično neugodne, pa i smrtno opasne imunološke autoimune bolesti poput ciroze, reumatoidnog artritisa, lupusa i teških oštećenja srca, bubrega, crijeva, krvnih žila…

Reprogramiranje supernegativca

Takve bolesti koje su izazvane nekontroliranom, „podivljalom“ upalom, medicina je sve donedavno pokušavala liječiti na način koji se na prvi pogled sam po sebi nudio kao rješenje: ako je uzrok bolesti upala, onda ju treba smiriti i ukloniti, dakle treba protuupalnim lijekovima blokirati tjelesne imunološko-upalne procese ili barem njihov nekontrolirani plamen stišati koliko god je moguće.

No, pokazalo se da takav pristup često ima neželjene i neugodne nuspojave, a i ne djeluje baš uvijek onako dobro kako bi liječnici željeli. Ako malo bolje promislimo, prilično je logično: kada organizmu oslabite ili sasvim otklonite njegov obrambeni štit, oduzeli ste mu sposobnost zaštite od infekcija. Kada farmakološkim putem isključite svoju supermoć upalnog odgovora, ona vas neće moći zaštititi. A tada je samo pitanje vremena kada će tako nebranjen organizam pokositi sepsa, pneumonija, meningitis, gripa...

Stoga se takav tradicionalni pristup liječenju sve manje smatra zlatnim standardom u liječenju kroničnih upalnih bolesti, a znanstvenici osmišljavaju nove tretmane koji upalu ne uklanjaju u potpunosti, već ju reprogramiraju i preusmjeravaju u željenom pravcu oporavka.

To ne znači da se upalu isključivo obuzdava i umanjuje: nekada se namjerno iskorištavaju pozitivne strane snažnih upalnih odgovora. Primjerice, kod bolesti poput karcinoma (kod kojih tumori podmuklo blokiraju ljekovite učinke upale kako bi izbjegli imunološki sustav i olakšali svoj rast), novi terapijski pristupi umjesto smanjenja upalnog odgovora koriste suprotnu taktiku – usmjeravaju i potiču upalu dovodeći ju u stanje borbe, kako bi mogla bolje napasti maligne stanice.

Uvažavanje fizioloških procesa koji se odvijaju u pozadini upalnog odgovora omogućilo je dakle liječnicima da, ovisno o kontekstu, upalu smatraju korisnom ili štetnom, a zahvaljujući novijim istraživanjima, sve bolje shvaćamo i učimo kako u oba slučaja možemo stvari vratiti pod kontrolu. Umjesto da upalu potpuno eliminiraju, novi terapijski postupci ju pokušavaju reprogramirati i preusmjeriti joj tijek. A ako uspijemo kontrolirano usmjeriti upalu i držati ju unutar poželjnih granica, tada možemo pustiti naš imunološki sustav i upalni odgovor da nastave svoj prirodni posao, ovoga puta unutar željenih, zadanih okvira.

Akutne i kronične upale

Upalu liječnici opisuju od davnina: stari Grci su riječju „ϕλέγμα“ (phlegma), baš kao i stari Rimljani latinskom riječju „inflammatio“ označavali zapaljenje, upalu. U drugom stoljeću Nove ere čuveni je Galen, liječnik rimskog cara Marka Aurelija, definirao četiri glavna znaka upale latinskim riječima calor, rubor, tumor, dolor (toplina, crvenilo, oteklina, bol), da bi 1700 godina potom nešto manje pjesnički nastrojeni njemački liječnik Rudolf Virchow u 19. stoljeću dodao i peti znak: gubitak funkcije (functio laesa). Treba spomenuti i kako je upravo Virchow u svojim opažanjima istaknuo mnoge sličnosti između nastanka upale i zloćudnih tumora.

Ono što su ti prvi liječnici opisivali bila su obilježja akutne upale: crvenilo i toplina uzrokovani su lokalnim širenjem krvnih žila kako bi se više stanica dopremilo do oštećenog tkiva, dok otpuštanje upalnih spojeva poput prostaglandina uzrokuje bol i oteklinu. Kako bi spriječio infekcije, imunološki sustav aktivira i spojeve zvane pirogeni, koji dodatno pospješuju proizvodnju prostaglandina, uzrokujući povišenje tjelesne temperature - vrućicu.

Poanta akutne upale je držanje infekcije pod kontrolom i zaustavljanje njenog širenja, a potom i poticanje procesa ozdravljenja i oporavka oštećenih tkiva i organa. Tijekom akutne upale, oštećene stanice otpuštaju u cirkulaciju molekule koje služe kao „signali za uzbunu“ i privlače obrambene imunološke stanice na mjesto napada.

Prvu crtu obrane čine stanice iz skupine leukocita (bijelih krvnih stanica): makrofagi nalik amebama (koji doslovce gutaju i probavljaju štetne napadače) i neutrofili koji te neprijatelje okružuju, zarobljavaju i ubijaju svojim kemijskim oružjima. Naime, aktivirani neutrofili proizvode kemikalije zvane citokini, kojih ima više vrsta: jedni se ponašaju kao kemijske bombe ispunjene bojnim otrovima koji ubijaju uzročnike bolesti i uništavaju mrtve i oštećene tjelesne stanice na mjestu upale, a drugi služe kao stimulatori i glasnici za privlačenje još većeg broja imunoloških stanica, čime pojačavaju upalu u petlji pozitivne povratne sprege.

Isključivanje prekidača za upalu

Akutna upala obično dostiže svoj vrhunac oko tjedan dana od svojega početka, a otprilike tri dana potom se počinje smirivati i povlačiti. Dok akutna upala bjesni, citokini s jedne strane aktiviraju obrambene stanice (makrofage i neutrofile), a s druge strane privlače i one stanice imunološkog sustava koje „pamte“ vrstu, izgled i način neprijateljskog napada, čime omogućuju da imunološki sustav nakon svake upale i infekcije nauči selektivnije ciljati na neprijatelja prilikom idućeg napada.

Istodobno sa smirivanjem upale, na „bojišnicu“ dolaze stanice koje vrše čišćenje i asanaciju terena, pa na mjestu završene bitke rade na zacjeljivanju ozlijeđenih dijelova tkiva i organa, te potiču stvaranje novih krvnih žila i vezivnog tkiva kako bi njihovim urastanjem „zakrpali“ oštećenja, a naposljetku izlučuju i protuupalne signale koji smiruju imunološku reakciju i završavaju proces akutne upale.

Još uvijek nije posve razjašnjeno kako naše tijelo obavlja proces smirivanja i „isključivanja prekidača“ na kraju akutne upale, ali je iz brojnih primjera dobro poznato da taj mehanizam ponekad zakaže. A tada imunološki sustav ne uspijeva u potpunosti kontrolirati infekciju, pa upala ne završava trijumfalnom pobjedom naših imunoloških superjunaka nego prelazi – kako je već rečeno – ili u žestok nekontrolirani imunološki odgovor (tipičan primjer je tzv. citokinska oluja koja je na neugodan način postala općepoznat pojam tijekom pandemije COVID-19 ) ili u svoju dugotrajnu, kroničnu fazu, koja može imati neželjene, štetne posljedice za tkiva, organe i cijeli organizam.

Kod kronične upale, neutrofili, makrofagi i druge bijele krvne stanice ne prime (ili „ne shvate“) protuupalne signale za završetak „ratovanja“, tako da ostaju aktivne i nastavljaju izlučivati „upalne glasnike“, citokine, koji pak nastavljaju podržavati i pojačavati daljnju upalu. Povrh toga, upalne stanice proizvode i faktore koji potiču diobu stanica i enzime koji uzrokuju oštećenje tkiva. Oštećeno tkivo šalje još više signala „opasnosti“ – i ta se petlja nastavlja razvijati u poniruću spiralu sve većih oštećenja i sve upornije i dugotrajnije upale.

Kronična upala je neželjeni, iscrpljujući proces na kojem se temelji niz imunološko-upalnih (autoimunih) bolesti, uključujući reumatoidni artritis (koji utječe na zglobove), lupus (kod kojega se oštećuje koža, bubrezi, zglobovi…) i aterosklerozu kod koje se stvaraju naslage (plakovi) u krvnim žilama, što može dovesti do srčanog i moždanog udara. A povrh svega, umnožavanje upalnih stanica (proliferacija) i njihovo oštećenje (mutacija) izazvana kroničnom upalom može stvoriti savršeno okruženje za razvoj raka.

Povijesni osvrt

Povijest protuupalnog liječenja opisuje kako je protuupalna terapija isprva bila usmjerena na potpuno stišavanje i „gašenje“, obuzdavanje upalnog procesa. Na primjer, 1950-ih godina su znanstvenici otkrili protuupalne učinke skupine prirodnih spojeva zvanih steroidi, a koji – slikovito rečeno – „stišavaju glasnoću“ signala za opasnost i onih poziva koji se odašilju kako bi se što više upalnih stanica aktiviralo i privuklo u borbu. Ubrzo su steroidi postali lijekovi izbora za kronične upalne bolesti kao što je reumatoidni artritis. Ali (uvijek taj „ali“, zar ne?), osim što općenito potiskuju i „stišavaju“ imunološki sustav, steroidi mogu izazvati ozbiljne nuspojave kao što su visoki krvni tlak, čir na želucu, promjene raspoloženja, visok šećer i povećanu učestalost srčanih i moždanih udara. Nimalo simpatično.

Potom su 1990-ih farmaceutske tvrtke počele proizvoditi takozvane biološke lijekove. Mnogi od njih djeluju na način da blokiraju, „utišavaju“ citokinske kemijske signale koji potiču proces upale. Međutim, poput steroida, i biološki lijekovi često potiskuju ili posve blokiraju neke važne dijelove imunološkog sustava, što može povećati rizik od nastanka teških akutnih infekcija. Na primjer, lijek tofacitinib djeluje na signalni put koji je zajednički mnogim citokinima i kao rezultat može učiniti ljude ranjivijima na infekcije herpes virusom, upale pluća i infekcije mokraćnog sustava. Povrh svega, iz razloga koje još ne razumijemo u potpunosti, kod nekih pacijenata biološki lijekovi uopće ne iskazuju protuupalnu učinkovitost (ali itekako stvaraju neželjene nuspojave).

Stoga i dalje traje potraga za još boljim i preciznijim načinima za kontroliranje intenziteta i smjera upalnih procesa. U posljednjim godinama se u tu svrhu pokušava reprogramirati imunološke (upalne) stanice korištenjem sve većeg broja inovativnih laboratorijskih tehnika za kontroliranje i preusmjeravanje aktivnosti stanica i glasničkih molekula koje sudjeluju u procesima upale. Nekoliko zanimljivijih inovacija opisat ćemo u nastavku teksta.

Reprogramiranje stanica

Stuart Forbes, direktor Centra za regenerativnu medicinu na Sveučilištu u Edinburghu u Velikoj Britaniji, proučavao je sa svojim timom suradnika ulogu makrofaga u stvaranju ožiljnog tkiva kod fibroze jetre, jedne od štetnih posljedica ciroze, koja je jedna od formi kronične upale. Otkrili su kako zapravo postoje dvije vrste makrofaga: M1-tip (upalni makrofagi) i te M2-tip (protuupalni). Njihovo je istraživanje otkrilo da M2-tip makrofaga ima nekoliko korisnih uloga, među kojima je i „isključivanje prekidača“ za upalu, te poticanje procesa oporavka (regeneracije) oštećenih tkiva.

Nakon tog otkrića, Forbesov tim je osmislio postupak kojim se iz krvi pacijenata s teškim oštećenjima jetre filtriraju monociti, bijele krvne stanice koje su prekursorski, neaktivirani makrofagi, budući „proždirači“ bakterija i virusa. Potom su još neaktivne monocite u laboratoriju stimulirali dodavanjem citokina kako bi ih kemijskim signalima potakli da postanu aktivirana verzija - i to ona regenerativna, M2-tip makrofaga. Nakon toga su reprogramirane makrofage (bivše neaktivne monocite) vraćali natrag u krvotok istih pacijenata iz čije krvi su ih izvukli. 

Ovom tehnikom citokinske transformacije monocita u „korisne“ makrofage (tj. preusmjeravanjem M1-tipa upale koja stvara oštećenje u M2-tip koji smiruje upalu i potiče popravak tkiva), pokušali su potaknuti regeneraciju fibroziranih jetara oštećenih kroničnom upalom. 

Nakon uspješnih pretkliničkih testiranja u laboratoriju i na pokusnim životinjskim modelima, od 2019. godine naovamo provedena su i klinička ispitivanja na ljudima, pacijentima oboljelim od jetrene fibroze. U kliničkoj fazi I. (testiranje sigurnosti) pokazalo se da je tehnika citokinske aktivacije monocita u M2-makrofage sigurna, tj. da ne izaziva ozbiljnije nuspojave. Potom je 50 pacijenata-dragovoljaca prešlo na kliničku fazu II. (ispitivanje učinkovitosti) s ohrabrujućim rezultatima koje je Forbes sa svojim timom predstavio u studenom 2023. na sastanku Američke udruge za proučavanje bolesti jetre, gdje su pokazali da je liječenje M2-makrofagima statistički značajno smanjilo broj smrtonosnih komplikacija jetrene fibroze, u usporedbi s kontrolnom skupinom pacijenata koja nije bila podvrgnuta toj metodi liječenja.

Tkivno-specifične stanice

Ohrabrujući i obećavajući rezultati tehnike aktiviranja monocita citokinskim signalima tek su prvi koraci prema učinkovitoj i praktički primjenjivoj terapiji kroničnih upalnih bolesti. Jedan od ključnih problema u daljnjem unapređivanju tog pristupa liječenju je činjenica da procesi kronične upale nisu uniformni, uvijek i svagdje jednaki, nego se u različitim organima odvijaju različitim mehanizmima aktivacije i feedbacka između upalnih stanica, citokina i tkiva. Precizno upoznavanje tih specifičnih mehanizama u svakoj od upalnih bolesti (i kod svakoga pacijenta ponaosob) najvažniji je dio u procesu osmišljavanja strategije za liječenje.

Na primjer, kod reumatoidnog artitisa (RA), imunološki sustav pacijenta pogrešno prepoznaje tkivo zglobova kao „strano tijelo“, neprijatelja kojega treba eliminirati procesom upale. Posljedica tog pogrešnog prepoznavanja je aktivacija bijelih krvnih stanica (makrofaga) i umnožavanje fibroblasta, stanica koje stvaraju vezivno tkivo, a koje potiču upalu zglobova. Tipične terapijske sheme koje su se do sada prakticirale za liječenje RA ciljaju na smirivanje i obuzdavanje aktiviranih makrofaga. Međutim, učinkovitost takve „klasične“ terapije je tek polovična: samo 50% pacijenata s RA ulazi u remisiju (fazu smirivanja upale) kada se koriste tradicionalni protuupalni lijekovi.

Ipak, otkriće da – baš kao što postoje dva tipa makrofaga (štetni M1 i korisni M2) – postoje i dva tipa fibroblasta: jedan uzrokuje upalu zglobnih ovojnica u RA, a drugi uzrokuje oštećenje kostiju i hrskavice kod osteoartritisa (upale zgloba koja zahvaća unutrašnje zglobne strukture). Dakle, oba tipa su štetna (i ne, ne zovu se F1 i F2), ali ta spoznaja da u različitim oblicima upale istoga organa sudjeluju različiti tipovi upalnih stanica, povećava izglede za učinkovitije liječenje ovih bolesti preciznim ciljanjem terapije na one tipove fibroblasta koji su specifični za RA i one koji sudjeluju u upalnim procesima kod osteoartritisa. 

Temeljeno na tim saznanjima o tipovima stanica uključenih u upalu kod reumatoidnog artritisa, prof. Christopher D Buckley sa Sveučilišta Birmingham je započeo istraživanje potencijalne terapije koja bi trebala istovremeno ciljati na oba stanična mehanizma nastanka upale u RA: i na makrofage i na fibroblaste, s premisom da bi takav „obostrani“ pristup kod pacijenata mogao rezultirati i sa stopostotnom remisijom bolesti.

Istraživanje je još uvijek u ranim fazama, ali daje prve obećavajuće rezultate: lijek koji suzbija umnožavanje fibroblasta u zglobovima (seliciclib, inhibitor CD-kinaze, molekule koja aktivira fibroblaste) pokazao se sigurnim u fazi I. kliničkog ispitivanja na 15 pacijenata s RA, otvarajući put budućim ispitivanjima za procjenu učinkovitosti takvog terapijskog pristupa. 

Raspirivanje vatre zauvijek 

Činjenica da se upala ponekad može prometnuti u autodestruktivno ponašanje našeg imunološkog sustava ne mora međutim uvijek imati negativan predznak: osim što nam prirodni procesi upale korisno služe kao obrana od infekcija, detaljno upoznavanje upalnih mehanizama nam može pomoći da te mehanizme kontroliramo i korisno preusmjerimo njihovu destruktivnost. Na primjer, u liječenju tumora. Jer, podsjetimo se, tumori nisu „stranci“: oni su naše vlastito tkivo koje se „odmetnulo“ i krenulo u nekontroliranu proliferaciju i rast.

Već u ranim fazama nastanka malignih tumora, naš imunološki sustav ih prepoznaje kao „pogrešku“, proglašava ih neželjenim tkivom, te aktivira procese za njihovu eliminaciju. Privučeni citokinskim signalima, M1-makrofagi migriraju na tumore i napadaju ih – dakle, organizam na nastanak tumora reagira aktivacijom upalnog odgovora. Međutim, stanice raka imaju podmuklo protuoružje: otpuštaju kemikalije koje transformiraju makrofage iz upalnog M1-tipa na protuupalni M2-tip (onaj koji suzbija i zaustavlja upalu, sjećate se?), čime se omogućuje daljnji nesmetani rast tumora. 

Naoružana ovim saznanjem, onkologinja dr. Yara Abdou, asistentica na Sveučilištu Sjeverne Karoline i njezini kolege upitali su se mogu li iskoristiti virus kao dodatnog „stranca i neprijatelja“ kako bi povećali vjerojatnost da će makrofagi kod pacijenata oboljelih od raka prepoznati i napasti tumorske stanice, a istovremeno biti otporni na protunapad tumorskim signalima za smirivanje upale. 

Sojem virusa koji kod ljudi inače ne izaziva nikakvu specifičnu bolest prvo su u laboratoriju zarazili uzorke stanica uzetih biopsijom tumora. Potom su reprogramirali M1-makrofage (nazvane CT-0508) tako da se aktiviraju i upalnim oružjima napadaju kombinaciju „virus + tumor“. Pristup se pokazao uspješnim: tumorske stanice su se uzaludno pokušavale kamuflirati signalima koji smiruju upalu, jer su M1-makrofagi nastavili napadati tumor ciljajući virus kao „točku za navođenje“.

Osim toga, pokazalo se da su CT-0508 makrofagi sposobni pokrenuti upalu i u mikrookruženju tumora: izlučivali su specifične citokine koji su privlačili i aktivirali druge imunološke stanice koje su također bili otporne na tumorske „maskirajuće“ signale. Prvi rezultati kliničkog ispitivanja faze I. na 18 pacijenata s različitim vrstama raka — dojke, jajnika i jednjaka — pokazali su kako je liječenje reprogramiranim makrofagima CT-0508 klinički sigurno i daje obećavajuće rezultate.

Više podataka iz ispitivanja bit će objavljeno kasnije tijekom 2024. godine, ali već i na temelju ovih ohrabrujućih rezultata, Y. Abdou i njezin tim započeli su testirati alternativnu verziju ove terapije nazvanu CT-0525, koja umjesto makrofaga koristi reprogramirane monocite. Ova terapije je trenutno u prvoj fazi kliničkog ispitivanja. 

Sljedeći koraci

Forbes, Buckley i Abdou sa svojim istraživačkim timovima su samo tri aktualna primjera istraživanja uporabe kontrolirane, reprogramirane upale u liječenju kroničnih upalnih bolesti i tumora; takva istraživanja se trenutno provode u više desetaka znanstvenih laboratorija i instituta u svijetu. I dok sadašnja testiranja ulaze u završne kliničke faze, već se usmjeravaju prema novim, inovativnijim idejama.

Forbes i njegovi kolege žele testirati naprednu verziju svoje terapije makrofagima na pacijentima koji su bili hospitalizirani zbog ciroze jetre. Za pacijente s uznapredovalom cirozom jetre trenutno jedina terapijska opcija je transplantacija jetre (iza čega još slijedi doživotni poštedni režim i uzimanje lijekova protiv odbacivanja transplantata). Terapija makrofagima bi mogla pružiti novu terapijsku opciju za ovu veliku i rastuću populaciju pacijenata.

Na staničnoj razini, Buckley bi želio saznati više o tome što fibroblaste potiče na upalu i oštećenje zglobne hrskavice, pa daljnja ispitivanja usmjerava na traženje odgovora na to razvijaju li se oba tipa upalnih fibroblasta (jedan za RA i drugi za osteoartritis) iz zajedničke prekursorske stanice, kao i na definiranje kemijskih staničnih signala koji reguliraju taj proces. Bolje upoznavanje uloge fibroblasta u zdravlju i u bolesti moglo bi „otključati“ njihov terapeutski potencijal u obnavljanju tkiva. 

Što se tiče terapije raka koju razvijaju Abdou i njezin tim, u planu je daljnji rad na rasvjetljavanju mnogih pitanja koja još uvijek traže odgovor. Na primjer, potrebno je precizno podesiti točnu dozu reprogramiranih makrofaga i monocita koja bi se davala pacijentima. Trenutno se intenzivno radi i na standardiziranju pokazatelja za procjenu učinkovitosti kako bi se moglo odrediti protiv koje bi vrsta raka takvo liječenje moglo biti najučinkovitije. 

Ako je svemu navedenom potreban i zaključak, otprilike bi glasio ovako: kako sve bolje i detaljnije upoznajemo biološke mehanizme upalnog procesa i njihovu povezanost s imunološkim sustavom, procesima reparacije i nastankom tumora, to sve više mijenjamo način na koji gledamo na upalu - ne samo kao obrambeni štit ili pogrešnu reakciju koju treba popraviti, već najviše kao potentnu biološku silu koju se može kontrolirati i iskoristiti za poboljšanje našeg zdravlja.