Gehirn-Chirurgen drehen, um Grundlagenforschung zu kämpfen kindheit Hirntumor

Gehirn-Chirurgen drehen, um Grundlagenforschung zu kämpfen kindheit Hirntumor

In 2012, ein paar der Neurochirurgie Bewohner gehandelt Ihre Peelings für Kittel in einer Bemühung zu verstehen, auf der grundlegendsten Ebene, was bewirkt, dass das medulloblastom, dem häufigsten pädiatrischen Hirntumoren.

Teresa Purzner, MD, Ph. D., ist ein hands-on, all-in-Arzt.

Als neurochirurgische Wohnsitz an der Universität von Toronto im Jahr 2009, Sie gedreht durch eine Vielzahl von Spezialitäten, darunter eine in der pädiatrischen Neurochirurgie. Während der drei Monate Ihrer pädiatrischen rotation, befasste Sie sich mit verzweifelt Kranken Kindern und Ihren Eltern auf einer täglichen basis. Oft nahm Sie an Gesprächen beteiligt, dass die Bereitstellung von schlechten Nachrichten—erzählen Eltern, zum Beispiel, dass Ihr Kind, leidet an einem tödlichen Gehirntumor namens ein medulloblastom könnte eine chance haben, geheilt werden, aber die chemo und Bestrahlung war wahrscheinlich zu dauerhaften kognitiven und neurologischen Schäden.

„Es ist eine verheerende Gespräch“, erinnert Sie sich. „Sie sind im Grunde das liefern, und das Leben in jeder Elternteil der Schlimmste Albtraum. Eine Mutter, die Ihren Sohn verloren kurz nach der Diagnose sagte mir, dass Sie war dankbar nicht zu haben, hatte ihn durch die Behandlung wurden wir weiterempfehlen.“

Wenn mal alles zu viel wird, Sie und Ihr Ehemann Jamie Purzner, MD, auch eine neurochirurgische trainee, ging einfach Weg von Ihren Residenzen. Frustriert mit den Herausforderungen der Behandlung von Kindern mit Tumoren, Sie setzen Ihre klinischen Karriere auf Eis, um die Bewältigung der Wurzel des Problems: die Zellen im Gehirn, dass der Lauf während der tumor-Entwicklung.

„Ein paar kurze Gespräche mit den Experten rund um uns wirklich den deal besiegelt,“ Teresa, sagte Purzner. „Es war klar, dass das medulloblastom war ein greifbares und Interessantes problem, und dass die erstaunlichen Fortschritte wurden bereits gemacht, in das Verständnis der Verbindung zwischen Entwicklungsbiologie und medulloblastom-Entwicklung.“

Die Zeit war reif, Sie hatten das Gefühl, die Kluft zu überbrücken zwischen diesem neuen, konzeptionellen Verständnis der Krankheit und den verzweifelten Notwendigkeit Sie erlebt hatte in der Klinik. Aber Sie brauchten den richtigen Ort finden, um zu tun die Forschung notwendig.

Das paar als Hunderte von Labors in den Vereinigten Staaten und Kanada. Aber anstatt zu versuchen, labs und Forscher erfahren im übersetzen von vorhandenen Forschungsergebnissen in die klinische Anwendung—eine bench-to-bedside-Ansatz—Sie konzentrierten sich auf die Laboratorien bohren in die Muttern und Schrauben von biologischen Prozessen.

„Grundlagenforschung ist, wo grundlegende Entdeckungen auftreten,“ Teresa Purzner sagte, „und Wissenschaft kann Ihnen sagen, ob eine bestimmte potenzielle Behandlung ist wahrscheinlich, um erfolgreich zu sein. Aber grundlegende Wissenschaftler oft unterschätzen Ihren Wert. Sie sind mindestens so gut aufgestellt wie Kliniker, um herauszufinden, was das beste Ziel ist aus Biologischer Sicht.“

Trading-Peelings für Kittel

Das paar werfen Ihre Peelings für Kittel in 2012. Während der nächsten sechs Jahre arbeitete Sie als Doktoranden in Stanford School of Medicine der Abteilung der Entwicklungsbiologie zu verstehen, die Grundlagen, was sind die Ursachen der Gehirn-Tumoren.

Ihre unkonventionelle Karriere Rücklauf wurde ungemein erfolgreich. Das paar identifiziert eine mögliche neue Medikament Behandlung für die Krankheit, und mit der Unterstützung von Stanford SPARK—Programm startete im Jahr 2006 Voraus, vielversprechende Entdeckungen aus dem Labor in die Klinik—Teresa Purzner ging auf um zu testen, es in Mäuse und koordinieren die Einführung eines phase 1 klinischen Studie, die vor kurzem begann die Einschreibung der Patienten. Die beiden veröffentlichten Ihre Ergebnisse in Science Signaling im September 2018.

„Das war völlig unvoreingenommen discovery science“, sagt entwicklungsbiologe Margaret Fuller, Ph. D., die empfohlen, die Purzners während die letztere einen Teil Ihrer Diplom-Arbeit. „Teresa und Jamie verwendet eine unvoreingenommene Bildschirm, um die Identifizierung einer neuen Komponente von einer bekannten Entwicklungs-Pfad ermittelt, in denen in den Weg, es funktioniert und dann zeigte sich, dass die Blockierung dieser Schritt kann töten medulloblastom-Zellen in Mäuse implantiert. Es ist eine Bemerkenswerte Leistung.“

Auf dem Weg, das paar viele Herausforderungen, darunter auch die unzähligen Schwierigkeiten, von ESCOR eine grundlegende Wissenschaft zu finden, die durch präklinische Untersuchungen an Tieren zu testen beim Menschen. Teresa Purzner übernahm Marshalling Unterstützung von Förderorganisationen, der national research consortiums und von den Pharmaunternehmen oft misstrauisch gegenüber den voll-arena von den klinischen Studien einzuschreiben, unheilbar kranke Kinder. Das paar auch eine Familie gegründet; Ihre drei Kinder geboren wurden während Ihrer graduate-school-Karriere.

Nicht schlecht für einige scheinbar verlegt Neurochirurgen.

„Es gibt 101 Gründe nicht zu tun, was wir getan haben, und weitere 100 Gründe, warum wir versagt haben, als wir uns entschieden, es zu tun,“ Teresa, sagte Purzner. „Aber wir profitierten von einer erstaunlichen Besetzung von Mitarbeitern, die in Stanford und anderswo, verbrachte Hunderte von Stunden helfen, zu überwinden viele Hindernisse in den Weg zu dieser Studie. Wir waren alle sehr darauf bedacht, alles möglich zu helfen, diese Kinder.“

Im Labor (und zu Hause) von Matthew Scott

Matthew Scott, Ph. D., jetzt professor emeritus an der Stanford, wurde in der Entwicklungsbiologie im Januar 2012, als er erhielt eine E-Mail von Jamie Purzner Forschenden über die Forschung Positionen. Scott war überrascht. „Es ist nicht oft, dass Neurochirurgen möchten, kommen Zug in meinem Labor als Studenten“, sagte er. „Ich dachte, ‚Diese Leute sind ärzte; Sie nicht wirklich wollen, um Forschung zu tun.‘ Es war Total unglaublich und beispiellos ist, für Menschen mit Ihrer Ausbildung und Ihren Fähigkeiten.“

Scott, der verheiratet ist Voller, ist bekannt für seine 1984 Entdeckung in Fruchtfliegen eine kurze DNA-Sequenz, genannt eine homeobox. Homöobox-Gene koordinieren die Aktivitäten von Gruppen von anderen Genen handeln, die innerhalb der Zellen oder Gruppen von Zellen zur Steuerung der Entwicklung. Proteine aus homöobox-Gene binden an spezifische DNA-Sequenzen im gesamten Genom zu Steuern Gene während der frühen embryonalen Entwicklung zu bestimmen, Musterbildung—sicherstellen, dass der Flügel, die Beine und die abdominal-Abschnitte fallen ordentlich in Ort zu generieren, der kleine fliegt wirklich gezogen, um die überreife Frucht auf Ihrem Küchentisch.

Auf den ersten Blick, all das scheint wie etwas, das hätte vor allem interessiert pädiatrischen Neurochirurgen der Absicht, auf der Entdeckung einer neuen Krebstherapie. Aber Scott war auch bekannt für die Identifizierung und Untersuchung Signalanlagen, die es ermöglichen, Gruppen von Zellen, die Kommunikation mit anderen während der Entwicklung —ein Bereich mit deutlicher Relevanz für das paar interessieren. Mutationen in einigen dieser Wege, Scott gefunden, sind im Zusammenhang mit der Entwicklung von einigen Arten von Krebs, einschließlich medulloblastom.

In den frühen 1990er Jahren, die Scott lab begann mit der Arbeit an einem wichtigen system namens hedgehog signaling—zuerst in Fruchtfliegen und später in Säugetieren. Es heißt Igel, da eine mutation in dem gen, das für ein schlüsselprotein in das Meldesystem Ergebnisse in Drosophila Embryonen, die sind stachelig wie Igel.

Das hedgehog-protein produziert und sezerniert, die durch bestimmte Zellen im Drosophila embryo. Wenn es bindet an ein rezeptorprotein namens gepatcht auf der Oberfläche einer Zelle, eine Kaskade von Aktivität ausgelöst wird, beginnt mit Proteinen auf der Oberfläche der Zelle und endet mit anderen Proteinen Eingabe der Zellkern. Dort Regen Sie den Prozess durch die Gene führen zur Produktion von Proteinen, die bestimmen, wie Zellen sich vermehren und entwickeln. In Abwesenheit von hedgehog-Bindung, gepatcht hält den Weg ausgeschaltet.

1996, Scotts Forschung in der Biosynthese zeigten, dass Mutationen im patched sind Häufig bei Menschen mit einer vererbten Zustand, in Verbindung mit häufigem Haut-Krebs-und Skelett-Anomalien, genannt basal-Zell-Naevus-Syndrom. Wenn das gepatcht ist, fehlt oder mutiert ist, der hedgehog-Signalweg ständig aktiv, und die Zellen empfangen laufend Signale, um zu wachsen und sich zu teilen. Träger des patched-Mutationen entwickeln nicht nur Häufig basal-Zell-Hautkrebs, aber auch Sie entwickeln oft medulloblastome.

Die Scott lab zeigten dann, dass während der normalen Entwicklung, hedgehog signaling löst Wachstum von Kleinhirn, dem Teil des Gehirns an der Rückseite des Kopfes in der Nähe des Rückenmarks. Verlust der gepatchten können das normale Wachstum-signal passiert, wenn es nicht sein sollte. Diese Erklärung für die Entwicklung von Medulloblastomen weckte das Purzners‘ Interesse.

Aber die Wahl, nach Amerika zu kommen, um zu arbeiten-wie Diplom-Studierenden setzen die Purzners in eine finanzielle Grauzone. Sie konnte nicht mehr für Stipendien bewerben, unterstützen soll, die Kanadischen ärzte die Forschung in Kanada. Sie konnte auch nicht qualifizieren für die Finanzierung bedeutete für die Amerikaner. Obwohl Sie schließlich gesichert genug Geld, sich selbst zu helfen und Ihre wachsende Familie, einschließlich der Finanzierung von Stanford Bio-X, deren finanzielle Stabilität war keineswegs sicher, wenn Sie angekommen in Stanford im Juni 2012 in einem LKW, vollgepackt mit Kisten, die Sie geladen, einen Tag nach Ihrer letzten neurochirurgischen Anrufe beendet.

„Wir hatten keine amerikanische bank-Konto oder Kredit-Karten und keinen plan, wo wir im Begriff waren, zu Leben“, Teresa Purzner erinnerte. „Matt und Margaret erkannte dies und Bestand darauf, dass wir mit Ihnen Leben, bis wir einen Platz mieten.“

Die meisten gemeinsamen kindheit Hirntumor

Über 350 Menschen pro Jahr in den Vereinigten Staaten mit der Diagnose medulloblastom entwickelt, die in das Kleinhirn. Es ist der häufigste Hirntumor bei Kindern. Selbst mit den besten Behandlungen nur ungefähr 70 Prozent Leben fünf Jahre oder mehr nach Ihrer ursprünglichen Diagnose und die Prognose für diejenigen, die Erfahrung eine Wiederholung ist schrecklich.

Häufig werden die Tumoren, die sich auf andere Teile des Gehirns und des zentralen Nervensystems. Die Behandlungsmöglichkeiten sind düster und die ganzen Gehirn-und Rückenmarks-Strahlung in Kombination mit einer Chemotherapie so lang wie ein Jahr. Kinder sind besonders anfällig für Schäden, die aus diesen Therapien, weil Ihre Gehirne sind in der Entwicklung.

Etwa 25% aller medulloblastome sind verursacht durch Mutationen in Genen für Proteine, die in den hedgehog-Signalweg, einschließlich gepatcht. Obwohl Medikamente, hemmen den Weg kann Häufig vorübergehend schrumpfen von Tumoren in Patienten, die Krebszellen rasch resistent gegen die Behandlung, wenn die Zellen entwickeln sich Mutationen, die Reaktivierung der Strecke. Targeting der Letzte Schritt—der moment, wenn die Proteine erreichen den Zellkern und binden an die DNA zu schalten Gene an—sollten Sie die Krebszellen weniger Optionen zu wackeln aus der Behandlung, die Forscher glauben. Aber wie macht man das?

Die Purzners konzentriert sich auf die granule neuron-Vorläuferzellen in das Gehirn, die Anlass zu hedgehog-assoziierten humanen Medulloblastomen. Bei Mäusen, die GNPs schnell vermehren sich zwischen Tag eins und Tag sieben nach der Geburt in Reaktion auf die hedgehog-Signalweg Signaltransduktion. Zwischen Tag sieben und Tag 14, die zellteilungsrate verlangsamt sich und die Zellen beginnen sich zu Körnchen Neuronen. Nach Tag 14, alle übrigen GNPs Reifen in Körnchen Neuronen, die die häufigste Art von neuron im Gehirn.

Gelegentlich jedoch, GNPs ignorieren die normalen Entwicklungs-Signale und halten die Multiplikation nach Tag 14. Dies erhöht die chance, dass die Zellen weitere Mutationen akkumulieren und zu Krebs werden. Lernen, warum dies geschieht, könnte der Schlüssel zu stoppen, den raschen Anstieg der medulloblastom-Zellen, die Purzners begründet.

Eine zufällige Begegnung mit Joshua Elias, Ph. D., assistant professor für Chemie und Systembiologie, in dessen Labor wurde eine Etage über Scott ‚ s, gab die Purzners eine Idee, wie ich anfangen soll. Die Elias-Labor konzentriert sich auf Proteomik—der Erforschung aller Aspekte von Proteinen in einer Zelle oder Gewebe, um zu lernen, wie Zellen und Gewebe zu entwickeln und Funktion.Zum Beispiel, eine Zelle, die oft ergänzt oder entfernt kleine Chemische tags, die sogenannten Phosphat-Gruppen von Proteinen zu Steuern, Ihre Funktion. Zum Beispiel, ein Phosphat-Markierung in einer Lage auf einem protein kann das Kommando zum binden an ein zweites protein, wechseln Sie zu einem anderen Teil der Zelle oder latch-DNA auf die Aktivierung bestimmter Gene, in der Erwägung, dass ein tag in einem anderen Speicherort auf dem gleichen protein auslösen könnten einen anderen Satz von biologischen Ergebnisse. Umgekehrt, die Entfernung dieser Phosphat-Gruppen können schnell hemmen die protein s-Aktivität.

Die Zelle die Fähigkeit zum Umschalten von einem protein-s-Aktivität in dieser Weise ermöglicht es der Zelle, reagieren schnell und angemessen auf veränderte Bedingungen oder Entwicklungsstadien. Für Forscher, die Fähigkeit zur Grafik Veränderungen in den Strukturen und Standorte der Phosphat-tags, die über ein panel von Proteinen im Laufe der Zeit können die einen intimen Einblick in die Funktionsweise einer Zelle während der Entwicklung oder progression der Erkrankung.

Die Kombination von know-how

Teresa Purzner beschlossen, zu vergleichen das Muster der Phosphat-tags oder protein-Phosphorylierung, auf die BSP-Proteine isoliert aus dem Gehirn von Neugeborenen Mäusen an Tag sieben mit denen der GNPs isoliert an Tag 14 und Tag. Jamie Purzner, im Gegensatz dazu, konzentriert sich auf sussing out-änderungen, in denen Proteine produziert werden, in Zelle verschiedene Stadien. Obwohl Teresa Purzner Ansatz ergab mehr sofort vielversprechende Ergebnisse, blieben Sie eng eingebunden in die jeweils anderen Projekte.

„Es war verdammt lustig kombinieren unser know-how und denken über die Probleme aus zwei Perspektiven,“ sagte Sie.

Die Purzners festgestellt, dass die protein-Phosphorylierung Muster, die sich schnell teilenden Tag sieben GNP-Zellen ähnelt, die von medulloblastom-Zellen als BSP Zellen am Tag eins oder Tag 14. Weitere detektivische Arbeit homed in auf eine Phosphat-Zugabe von protein namens CK2, ist wahrscheinlich verantwortlich für viele der Phosphat-tagging beobachteten Ereignisse in Tag sieben Zellen—darunter auch einige, die wichtig sind, um die letzten Schritte in den hedgehog-Signalweg.

Sperrung CK2-Aktivität in Mäusen, die während der Tage drei bis sieben verließen die Tiere mit deutlich weniger Körnchen Neuronen als Kontrolle Tiere hatten, die Purzners gefunden. Darüber hinaus einen CK2-inhibitor, verlangsamt oder verhindert das Wachstum von Maus-medulloblastom-Zellen, die in Mäuse implantiert—auch Krebszellen resistent gegen andere hedgehog-Signalweg-Inhibitoren.

„Wir würden diese wütend medulloblastom-Zellen in die Flanken von Mäusen und finden Sie eine vollständige tumor-regression bei CK2 gehemmt wurde,“ Teresa, sagte Purzner. „Wenn wir verpflanzten die medulloblastom-Zellen in der cerebella von Mäusen, fanden wir, dass, obwohl die Tiere mussten eingeschläfert werden innerhalb von 17 Tagen durch eine Tumor-progression, 43 Prozent von Mäusen behandelt mit einem CK2 inhibitor für 30 Tage lebte die letzten 100 Tage—im Grunde, bis das experiment beendet war.“

„Das war erstaunlich effektiv“, sagte Scott. „Die kinase wirkt sehr spät in den hedgehog-Signalweg, so dass es schwierig für den Krebs-Zellen zu mutieren, um es. Es ist wirklich ein triumph von der Anwendung der Grundlagenforschung. Die Purzners nicht starten der Suche für ein protein, involviert in den hedgehog-Signalweg. Aber sobald Sie es Taten, Teresa Purzner sich auf Schafzucht diese finden alle den Weg aus der Grundlagenforschung Untersuchungen zur präklinischen tests, die haben jetzt gestartet eine klinische Studie.“

Immer an der klinischen Prüfung war nicht einfach, aber.

Was als Nächstes zu tun

„Ich hatte diese schöne, gezielter niedermolekularer inhibitor der CK2, das funktioniert bei Tieren“, sagte Purzner. „Aber ich hatte absolut keine Ahnung, wie man von dort aus, um es an die Patienten. Das war weit außerhalb meiner Reich der Erfahrung.“

Geben Sie Stanford SPARK. Das Programm entspricht Akademische Forscher mit Freiwilligen aus der Pharma -, biotech-und Finanzbranche zur Rationalisierung der Arzneimittelentwicklung und machen es schneller und billiger. FUNKE wurde im Jahr 2006 gegründet, Daria Mochly-Rosen, Ph. D., professor of chemical and systems biology an der Stanford, wer co-leitet das Programm mit Kevin Grimes, Ph. D., professor von Chemie und Systembiologie.

„Sie haben angefangen, mich mit führenden Politiker der Welt—Experten in jedem Teil der Wirkstoffentwicklung, um mir zu helfen zu verstehen, Schritt-für-Schritt, was erforderlich sein würde, um zu gehen von meiner Entdeckung im Labor, um einen Patienten in der Klinik“, sagte Purzner. „Es ging aus eine scheinbar Unmögliche Aufgabe etwas schwierig, aber machbar. Und dann haben wir begonnen, nur um jeden Meilenstein eine nach der anderen.“

Wichtige Schritte enthalten, die überzeugen ein Taiwanesisches Unternehmen namens Senhwa Biosciences Inc., die Herstellung der nur von Menschen getestet CK2-inhibitor, CX-4945, für die Verwendung in einer Studie von basal-Zell-Karzinom, zu vereinbaren, um Ihre Arzneimittel für eine Pädiatrische klinische Studie. Purzner war auch in der Lage zu sichern, die Beteiligung des Pädiatrischen Hirntumor-Konsortiums, gebildet durch das National Cancer Institute zur Verbesserung der Versorgung von Kindern mit Hirntumoren im ganzen Land.

Die FDA-Zulassung der phase 1-2 klinische Studie von CX-4945 bei Kindern mit hedgehog-Signalweg-abhängigen medulloblastom am Jan. 4, und das Konsortium der zentralen Institutional Review Board genehmigt am Feb. 28. Die Studie eröffnet am 1. März.

‚Ein absoluter triumph“

„Es ist so aufregend“, sagte Purzner. „Das dauerte Hunderte von Stunden und Dutzende von Menschen zu erreichen, denn in vielerlei Hinsicht war es nicht eine typische Studie zusammen zu stellen. Es waren mindestens zwei oder drei mal dachte ich, “ Dies könnte das Ende sein. Alle unsere Arbeit umsonst sein, und diese Kinder sind nie zu sehen bekommen diese Droge.'“

Scott sagte, „Dies war ein absoluter triumph der übersetzung einer Reihe von grundlegenden wissenschaftlichen Entdeckungen in eine klinische Studie. 1980 identifizierten wir die ersten Mutationen im hedgehog und patched in Fruchtfliegen.

„Sechzehn Jahre später berichteten wir eine Verbindung mit Krebs; 16 Jahre später hatten wir unsere erste von der FDA zugelassene Medikament Ausrichtung der hedgehog-Signalweg in der basal-Zell-Karzinom. So dauerte es 32 Jahre, aus reiner Neugier-getrieben ‚Huh, das ist interessant‘, wenn wir Sie fanden einige Gene, die Steuern, Strukturierung in Fliegen-Larve—zu einem Punkt, wo die Patienten behandelt wurden. Jetzt, 32 Jahre, ist entweder viel zu lange oder nicht allzu schlecht in das Gesamtbild der Entwicklung von Arzneimitteln. Aber Teresa hat es in fünf“, sagte er.

Die Purzners haben, wieder nach Kanada zurück, um Ihre neurochirurgische Residenzen.

Es bleibt abzuwarten, ob der CX-4945 sicher und wirksam bei Kindern mit Igel-abhängigen medulloblastom. Ein Erfolg in Mäusen, die nicht immer auf den Menschen übertragen. Aber Teresa Purzner’sintensive Ansatz zur Lösung des Problems geführt hat, um ein vielversprechendes neues target in das Feld ein.