Personalizovaná medicína: liečba na mieru

Keď sa rozhodnete riešiť nákup oblečenia, určite nesiahnete po rovnakých kúskoch v prípade vašej sedemdesiatročnej mamy aj vášho – napríklad – trojročného dieťaťa. Jednoducho, nemôžete sa riadiť pravidlom univerzálnej veľkosti pre každého. Prečo niektorí ľudia ochorejú na rakovinu, zatiaľ čo iní nie? Prečo liek u jedného pacienta funguje perfektne, zatiaľ čo u druhého nie a môže mať dokonca závažné vedľajšie účinky?

Založenie personalizovanej medicíny

Mnoho odpovedí je skrytých vo viditeľných aj neviditeľných rozdieloch medzi nami, akými sú vek, hmotnosť a životný štýl, naše gény a v nich obsiahnutá genetická informácia. Diagnostika a prípadné opatrenia, respektíve liečba, založené na sledovaní týchto individuálnych rozdielov medzi nami sa stali základom tzv. personalizovanej medicíny. Za otca personalizovanej medicíny považujeme Dr. Leroya Hooda, ktorého objavy natrvalo zmenili smer biológie a priniesli revolúciu v chápaní genetiky, života a ľudského zdravia. Vytvoril technologickú základňu genomiky (štúdium génov) a proteomiky (štúdium proteínov). V roku 2000 založil Inštitút pre systémové biológie (ISB), v ktorom sa integrujú znalosti biológie a výpočtovej technológie s cielenou liečbou. Začína sa zdôrazňovať celistvý – teda holistický – prístup k vzájomnému prepojeniu zložitostí biológie a medicíny. Úsilie v zavádzaní systémového prístupu v liečbe ochorení viedlo v roku 2003 k založeniu nového pionierskeho odboru v medicíne – tzv. P4 medicíny, teda personalizovanej medicíny. Došlo k revolučnej zmene prístupu v lekárskej praxi na princípe prechodu od tzv. reaktívneho k proaktívnemu. Klasická diagnostika a liečba sa pri každom pacientovi zameriava na zisťovanie klinických príznakov a symptómov, sleduje jeho zdravotnú a rodinnú anamnézu, zhromažďuje údaje z laboratórnych analýz a na ich základe zahajuje liečbu. Pacient sa teda začína liečiť až po vypuknutí a prejavení sa príznakov.

Okolnosti vzniku nového odboru a jeho základné princípy

Za posledné roky došlo v oblasti štúdia ľudskej genetiky k významným objavom, ktoré ovplyvnili prakticky všetky odbory medicíny. Jedným z nich je potvrdenie, že individuálna genetická výbava jednotlivých ľudí má významnú úlohu v oblasti zdravia jedinca a určuje jeho predispozície nielen na bežné choroby, ale aj závažné civilizačné ochorenia či dokonca rakovinu. Ďalším dôležitým krokom vpred bolo sprístupnenie metódy sekvenovania ľudského genómu a vývoj výkonných technológií v tejto oblasti. V neposlednom rade je práve terajšia schopnosť vedy úplnej sekvenácie ľudského genómu v reálnom čase a za nízku cenu tak významná. Tieto možnosti nám odhaľujú podstatu genetickej variability medzi nami, odhaľujú jednotlivé nukleotidové polymorfizmy a umožňujú štúdium genómu v rámci celých asociačných štúdií. Personalizovaná alebo P4 medicína je založená na atribútoch štyroch  P – je prediktívna, preventívna, personalizovaná a participatívna. Pre svoju prácu využíva produkty stále sa rozvíjajúcej digitálnej revolúcie. Na základe určenia a využitia jedinečnej molekulárnej charakteristiky jedinca vytvára vysoko individuálny prístup k ochoreniu jedinca, čo zvyšuje pravdepodobnosť jeho úspešného zvládnutia a súčasne dáva možnosť eliminácie možných nežiaducich účinkov terapie. Spôsob, akým sa gény navzájom ovplyvňujú, nás totiž doslova predurčuje k rozvoju konkrétnych ochorení. Tento typ medicíny využíva znalosti genetickej informácie nielen na predpovedanie vzniku a vývoja ochorenia, ale aj k individualizovanému prístupu v terapii jedinca. 

Hlavné aspekty personalizovanej medicíny môžeme zhrnúť v nasledujúcej definícii: správna diagnostika a správna liečba pre správneho pacienta v správnom čase.

Molekulárno-biologické postupy a sledovanie biomarkerov

Záujem P4 medicíny sa neustále rozširuje, pretože sa jej pozornosť presúva od choroby k zdraviu. Zámerom personalizovanej medicíny je vytvoriť optimálne podmienky pre tzv. wellness. Tento termín je v našej krajine a bežnom hovorovom jazyku nesprávne využívaný a vyjadruje celkom odlišný význam ako v originálnom anglickom jazyku. V angličtine vyjadruje wellness pozitívny stav celkového zdravia jedinca, ktorý možno vyjadriť prostredníctvom úrovne kvality života a pocitu pohody. 

Prístupy personalizovanej medicíny sa zameriavajú na použitie orgánovo špecifických proteínov v krvi – biomarkerov. Tie môžu dosiahnuť presymptomatickú diagnózu, ktorá sa využíva pre stratifikáciu alebo špecifikáciu rôznych podtypov jedného ochorenia. Tiež sa vďaka nim môže sledovať priebeh ochorenia. Zatiaľ čo za vedu 20. storočia bola označovaná chémia, v 21. storočí sa ujala kraľovania biológia. Vo sfére molekulárnej biológie a genetiky dochádza v poslednom období k rozvoju nových vedných oblastí, ako sú napríklad proteomika, metabolomika, nutrigenomika a tzv. personalizovaná výživa. Všetky tieto oblasti však spája rovnaká snaha o využitie molekulárno-biologických postupov na sledovanie hladiny biomarkerov (proteínov, génov alebo ich špecifických mutácií) pri vytváraní osobitnej vysoko individualizovanej terapie jedinca pri zohľadnení aktuálneho stavu, stupňa rozvinutia ochorenia a výberu správnej medikamentóznej liečby. 

Význam včasnej identifikácie genetických variantov 

Práve farmakogenetika je vedný odbor, ktorý prostredníctvom špecifických biomarkerov skúma a sleduje odpoveď organizmu na vedené terapeutické zásahy v prítomnosti jednotlivých genetických variácií. Vedie tak k zvýšeniu efektivity liečby a zníženiu potenciálnych vedľajších účinkov medikamentov. Výsledkom je skrátenie času potrebného na liečbu, zníženie nákladov liečby či eliminácia nepresností klinických štúdií pri vývoji nových liečiv, čo zrýchľuje vývoj nových liečebných postupov. Oblasť proteomiky nám otvára možnosť komplexnej analýzy všetkých proteínov – ako aj ich izoforiem – na základe variability genómu. Je to dôležité, keď si uvedomíme, že funkčné aspekty buniek sú riadené proteínmi, nie samotnými génmi. Hlavné aspekty personalizovanej medicíny tak môžeme zhrnúť v nasledujúcej definícii. Správna diagnostika a správna liečba pre správneho pacienta v správnom čase. Ide o efektívne riešenie určitého zdravotného problému dostatočne rýchlo a bez zbytočných nežiaducich či zaťažujúcich vplyvov na pacienta. Včasným odhaľovaním najdôležitejších genetických variácií spojených s hlavnými príčinami mortality na svete – v súčinnosti s individuálne nastavenými nutričnými či celkovo životnými odporúčaniami – pomáha personalizovaná medicína eliminovať pravdepodobnosť výskytu ochorení, akými sú diabetes, obezita, kardiovaskulárne ochorenia a podobne. Včasná identifikácia týchto genetických variantov – a určenie rizika s nimi spojených – sa stáva dôležitou súčasťou prevencie. V tomto boji sú rozhodujúcim nástrojom konkrétne individualizované odporúčania v strave a fyzickej aktivite – čiže personalizovaná výživa.

Strava prispôsobená individuálnej genetickej výbave

Vedný odbor študujúci vzťah medzi výživou a genetikou, známy ako nutričná genomika alebo nutrigenomika, nám dáva možnosť pochopiť a neskôr aj vybrať tie potraviny, vďaka ktorým môžeme dosiahnuť optimálnu výživu a uspokojenie našich individuálnych potrieb a hlavne aktívne determinovať najdôležitejšie faktory v prevencii ochorení. 

Prediktívnu genomiku a všetky jej zložky charakterizuje hlavný cieľ – optimalizovať zdravotnú starostlivosť prostredníctvom personalizácie výživy, a tak postupne rozpletať zložité vzťahy medzi nutričnými molekulami, genetickou predispozíciou a organizmom ako celkom. Napriek faktu, že 99 % genetickej informácie máme totožnej, predsa sa od seba odlišujeme. Môžu za to jednotlivé genetické variácie na úrovni DNA. Najbežnejšou genetickou odchýlkou je tzv. jednobázový polymorfizmus (SNP). Vedci pritom identifikovali viac než tri milióny takýchto miest v našej DNA. Predpokladá sa existencia viac než 10 miliónov SNP a niektoré z nich sa bežne vyskytujú u 5 – 50 % populácie. Väčšina jedincov je heterozygotná pre viac než 50 tisíc SNP cez ich gény. Tieto SNP majú za následok zmenu konečného produktu expresie génov, teda proteínov so zmenenou štruktúrou a funkciou. SNP sa javia ako dôležité pri vysvetlení niektorých rozdielov v reakcii na zložky potravy. Dnes je už známy určitý počet SNP, ktoré sa prejavujú na úrovni nutričných dôsledkov pri metabolizácii kyseliny listovej alebo metabolizácii lipoproteínov. Tieto špecifické polymorfizmy na úrovni genotypu môžu meniť metabolické odpovede jedinca na stravu, a tak významne vplývať na manifestáciu ochorenia. Sú tak významným determinantom rozdielnych požiadaviek na nutričné zložky jedinca.

Aj na Slovensku sa v súlade s najmodernejšími nutrigenomickými postupmi začalo poskytovať vyšetrenie génových polymorfizmov v hlavných terapeutických smeroch. Výsledky testovania súvyužité ako základný nástroj pre nastavenie personalizovanej výživy a konkrétnych odporúčaní v životnom štýle. Takzvaný IPPM gentest dnes ponúka vyšetrenie polymorfizmov vo vyše 40 testovaných génoch, ktoré ovplyvňujú zdravie človeka a sú zodpovedné za vznik najčastejších civilizačných chorôb.

Zaujímavé vyšetrenia v palete P4 medicíny

V testovaných polymorfizmoch génov sa realizuje napríklad vyšetrenie génov spojených s metabolizmom a akumuláciou lipidov v tele. Nerovnomernosť v metabolizme lipidov a ich akumulácia môžu viesť k obezite, ktorá môže spôsobiť vývoj diabetu, zvýšenie krvného tlaku, zvýšenie koncentrácie lipidov v krvi a kardiovaskulárne ochorenia. Gény, ktoré môžu ovplyvniť obezitu, regulujú príjem jedla (apetít), bazálny metabolizmus (energiu potrebnú na udržanie telesných funkcií počas stagnácie), tvorbu tepla, rozlišovanie tukových buniek, ukladanie tuku a metabolizmus uhľohydrátov a lipidov. Štúdie jednovaječných a dvojvaječných dvojčiat dokázali, že genetické faktory vysvetľujú 60 – 70 % rôznorodosti týchto charakteristík. Ďalšie typy výskumov na ľuďoch a zvieratách ukazujú mierne nižšie hodnoty, avšak stále pripisujú veľkú časť genetickým faktorom, 40 – 50 %. V analýze IPPM gentest skúmame niektoré génové varianty, ktoré prispievajú k rozvoju obezity a spôsobujú rôzne reakcie na vplyvy prostredia (hlavne na spôsob stravovania a fyzickú činnosť).

Ďalšou skupinou je vyšetrenie génov spojených s metabolizmom glukózy a reguláciou inzulínu. Existuje veľké množstvo génov, ktoré sa spolupodieľajú na regulácii vylučovania a činnosti inzulínu a na metabolických procesoch, kde zohráva úlohu glukóza. Špecifické génové varianty tieto procesy priamo ovplyvňujú, čo vysvetľuje, prečo sú niektorí ľudia obzvlášť náchylní na rozvoj rôznych ochorení, akým je napríklad cukrovka.

Personalizovaná medicína pomáha eliminovať pravdepodobnosť výskytu ochorení, akými sú diabetes, obezita, kardiovaskulárne ochorenia a podobne.

Reakcie organizmu na alkohol a kofeín sa môžu líšiť

Gény sú zodpovedné za aeróbnu kapacitu, svalový výkon a tréningovú výkonnosť.
Zatiaľ čo niektorých ľudí osvieži jediná šálka kávy, ďalší môžu piť veľké množstvá kávy naraz a necítiť žiadny účinok. Gény sú zodpovedné za aeróbnu kapacitu, svalový výkon a tréningovú výkonnosť.
Takisto sa poskytujú vyšetrenia génov spojených s metabolizmom laktóz, gluténu a vo vzťahu k návykovým látkam (alkoholu, kofeínu). Varianty určitých génov ovplyvňujú zmeny v metabolizme alkoholu. Tie určujú, ako rýchlo sa alkohol v konkrétnom človeku rozštiepi a aký účinok bude mať alkohol na jednotlivca po tom, ako vypil isté množstvo (príjemné pocity alebo nevoľnosť). Z analýzy génov vieme zároveň určiť, či alkohol v malých množstvách priaznivo ovplyvní lipidový profil (teda či sa zvýši množstvo ochranného HDL cholesterolu v krvi). Medzi ľuďmi existujú výrazné rozdiely aj v reakcii na kofeín. Zatiaľ čo niektorých ľudí osvieži jediná šálka kávy, ďalší môžu piť veľké množstvá kávy naraz a necítiť žiadny účinok. Tento rozdiel je sčasti spôsobený čiastočne vyvinutou toleranciou tých jednotlivcov, ktorí pravidelne konzumujú kofeínové nápoje, ale tiež génmi, ktoré sa medzi jednotlivcami rôznia. Pečeňové enzýmy a génové varianty, ktoré kódujú tieto enzýmy, určujú, ako rýchlo niekto zmetabolizuje (rozštiepi) kofeín. Výskumy ukázali, že u ľudí, ktorí štiepia kofeín pomaly, môžu 2 až 3 šálky kávy denne výrazne zvýšiť riziko infarktu. Na druhej strane, podľa niektorých výskumov môže pitie kávy u tých, ktorí štiepia kofeín rýchlo, v skutočnosti znížiť riziko infarktu.

Vyšetrenia zaujímavé pre športovcov

Poskytuje sa aj vyšetrenie niekoľkých polymorfizmov, ktoré sú spojené so svalovou charakteristikou a športovým potenciálom. Kapacita svalov závisí od mnohých faktorov vrátane genetických. Gény sú v značnej miere zodpovedné za rozdiely medzi ľuďmi v kapacite dodávania kyslíka do svalov, kapacite srdcového svalu a v stavbe svalových vláken. Výskumy spojili ACE gén s kardiovaskulárnou oblasťou a s fyzickým výkonom a sú to jedny z najčastejšie skúmaných génov vo vzťahu k športu. Určitý variant tohto génu je spojený s aeróbnou kapacitou, výkonom svalov a tréningovou výkonnosťou. Tento génový variant sa tiež spája s mnohými pomalými svalovými vláknami a je bežnejší u športovcov vykonávajúcich vytrvalostné športy. Veľmi zaujímavý je aj AMPD1 gén, pretože je zodpovedný za využitie svalovej energie z ATP. Mnohí ľudia majú variant tohto génu, ktorý spôsobuje, že gén vyzerá neaktívne a takíto ľudia často trpia chronickou únavou, svalovými kŕčmi po cvičení a podobne.

Personalizovaná medicína v boji proti osteoporóze

V súčasnosti stále pribúdajú pacienti s ochorením osteoporózy. Preto sa v rámci prediktívnej nutrigenomiky môže využiť aj vyšetrenie génov spojených s kostným metabolizmom. Podľa analyzovaných génov môžu génové varianty odhaliť náš potenciál pre vstrebávanie vápnika. S génovými variantmi je zároveň možné predpokladať optimálne denné množstvo vitamínu D u ľudí s určitými charakteristikami. Dodržiavaním odporúčaní ohľadom stravovania a životného štýlu sa dá zlepšiť stav našich kostí v ktoromkoľvek období nášho života, hoci účinok je najväčší v mladosti do 30. roku života. 

Pacientovi sa vždy odovzdajú výsledky vyšetrenia, ktoré sú prerátané špecializovaným počítačovým programom na jeho aktuálny fenotyp (BMI, vek, pohlavie). Daná predispozícia je exaktne a užívateľsky prijateľne transformovaná do názorného edukatívneho materiálu, ktorý zohľadňuje personalizovanú výživu a konkrétne odporúčania v životnom štýle. 

Špecializované pracovisko už aj na Slovensku

V závere môžeme konštatovať, že hlavným benefitom personalizovanej medicíny je zlepšenie zdravotnej starostlivosti so súčasným znižovaním nákladov na liečbu pacienta. To má v konečnom dôsledku efekt nielen pre individuálneho klienta, ale aj pre spoločenské systémy zdravotnej starostlivosti. Je veľmi povzbudivé, že už aj Slovensko má svoje prvé špecializované pracovisko na aplikáciu najnovších vedeckých poznatkov z prediktívnej a personalizovanej medicíny pre cielenú prediktívnu redukciu rizikových faktorov vzniku civilizačných ochorení – Inštitút prediktívnej a personalizovanej medicíny (IPPM).

Hodnotenie článku

Mgr. Janette Čemická

Spoluautor

Spoluzakladateľka Inštitútu prediktívnej a personalizovanej medicíny

Zobraziť všetky články

inVitro 1/2014

Imunológia a alergológia

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 1/2014 Imunológia a alergológia. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro