Науката зад изследването на ЕБ

ЕБ е спектър от заболявания със симптоми, които могат да бъдат различни от един човек на друг. 

Различните видове ЕБ могат да бъдат причинени от промени в гените за кожни протеини като кератин и колаген. В рамките на всеки тип симптомите могат да бъдат повече или по-малко екстремни и има доста наименувани подтипове на ЕБ, където малко по-различен набор от симптоми е описан от изследовател. През 2020 г. финансиран от DEBRA експертен консенсусен доклад беше публикувано, което прекласифицира всички генетични ЕБ в един от четирите типа:

Тази анимация обяснява малко за EB на молекулярно ниво: 

- Генетичен алианс на Обединеното кралство уебсайт предоставя информация за генетичните заболявания като цяло.

Клетките са живи същества, които могат да бъдат независими като бактериални клетки, клетки от дрожди или амеба или могат да се групират заедно и да поемат различни задачи, за да направят многоклетъчно същество като човек, пиле, гъба или дърво.  

В едно многоклетъчно същество съществуват различни клетки, които изглеждат много различно (ако имате добър микроскоп) и правят много различни неща. Те са с размер около 1/100 до 1/10 от милиметъра, така че не можете да видите отделни клетки с просто око. Кожните клетки изглеждат различно от кръвните клетки, червените кръвни клетки изглеждат различно от белите кръвни клетки и има различни видове бели кръвни клетки, които изпълняват различни задачи като част от нашата имунна система. Изследователите дават различни имена на клетки, които изглеждат различно през микроскоп или които правят различни неща. Например: макрофагите са клетки, участващи във възпалението и заздравяването на рани – те започват като моноцити, щастливо се движат в кръвта ни, но когато кожата е наранена, те се придържат към увредената област и стават макрофаги, които могат да помогнат за отстраняването на щетите. Фиброцитите са кожни клетки, които участват в образуването на белези (фиброза) и производството на колаген. Кератиноцитите са кожни клетки, които произвеждат много кератин, кожен протеин, който не работи правилно за много хора с епидермолиза булоза симплекс (EBS). Изследователите наричат ​​кожните клетки „епителни клетки“. Това са клетките, които участват в създаването на нашата кожа и слоевете, които покриват вътрешните ни органи и вътрешността на нашата дихателна тръба (трахея или трахея) и хранителна тръба (хранопровод).

Някои потенциални лечения за ЕБ включват отглеждане на кожни клетки в лаборатория.

Изследователите понякога прилагат нови лечения директно върху клетки, отгледани в лаборатория, за да видят как (или дали) могат да работят, преди да ги използват върху действително живо същество. Това е по-лесно, по-евтино, по-безопасно и намалява използването на животни в изследванията. Резултатите обаче може да не са толкова полезни за пациентите, тъй като клетките в съда често са малко по-различни от тези в нас, така че може да се държат по различен начин. Освен това е по-лесно да се приложи лечение директно към клетките в чиния, отколкото да им се достави лекарство, когато те са част от живо човешко тяло, така че изследователите трябва да обмислят как тяхното лекарство ще стигне до правилните клетки като част от разработването на лечение, което действа .

Някои потенциални лечения за ЕБ се основават на стволови клетки. Това са специфичен тип клетки, които могат да се трансформират в други видове клетки. Леченията могат да използват автоложни стволови клетки, които идват от собственото тяло на човек, или алогенни стволови клетки, които идват от някой друг. Стволовите клетки често се вземат от костен мозък, но могат да идват и от други части на тялото.

Кредит за изображение: Диференциация на стволови клетки, от Haileyfournier. Лицензирано съгласно международен лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.

Ние мислим, че протеинът е група храни – месо и варива – но това нещо, наречено „протеин“, се състои от много много различни индивидуални „молекули“. Молекула е това, което получавате, когато много атоми – на въглерод, водород, кислород, азот и други елементи – са залепени заедно. Можете да направите модели на различни молекули, като използвате петна от playdoh и сламки или програми за компютърна анимация. Протеиновите молекули са твърде малки, за да ги видим с микроскоп, който лесно би ни показал клетките. Те са това, от което са направени клетките; те съставляват нещата, с които клетките са залепени и те са начинът, по който клетките комуникират една с друга. „Ензимите“ са вид протеини, които помагат за протичането на химични реакции и са важни в телата ни за неща като смилането на храната. Специфичната 3D форма на всяка протеинова молекула е много важна за това как те се прилепват една към друга и изпълняват специфичните си задачи в нашите тела. Кожата ни е изградена от много различни клетки и протеини, всички залепващи една за друга. 

Протеиновите молекули са дълги вериги от аминокиселини (по-малки молекули). Когато ядем протеин, нашата храносмилателна система разгражда тази вкусна пържола на отделни аминокиселини и ги приема в кръвта ни. След това телата ни могат да съберат аминокиселините отново заедно в различен ред, за да направят протеините, от които се нуждаем – превръщайки кравешкия протеин в човешки! 

Има 20 често срещани аминокиселини, всяка малко по-различна, малко като да имате 20 различни вида блокчета Лего.

Когато се слепят заедно, следвайки конкретни инструкции, в крайна сметка получаваме протеин, който може да съдържа стотици или хиляди аминокиселини (една голяма молекула). Това може да изглежда като впечатляваща скулптура от Лего... или малка част от такава. Създаването на протеин е като да следвате инструкциите на Lego. Ако една стъпка липсва или случайно обърнете две страници наведнъж, целият красив протеин в края може да се счупи напълно. Доста често крайният, работещ протеин се състои от много различни по-малки протеини, всеки от които представлява отделна верига от аминокиселини от отделна брошура с инструкции, всички внимателно свързани заедно. Когато говорим за протеини като кератин и колаген, говорим за огромни протеинови структури, които са съставени от много различни, по-малки протеини, всеки със собствена книжка с инструкции (ген) и специфичен ред на аминокиселини. Тези вериги от аминокиселини се усукват една около друга и се слепват по специфичен начин, за да направят много различни версии с малко по-различни функции в нашите тела. Кератинът и колагенът всъщност са групи от протеини. Има много различни видове кератин и много различни видове колаген, но и двата са протеини, които образуват дълги влакна чрез усукване на вериги от аминокиселини една около друга. 

Изображение кредити: 

Аминокиселинна структура, от Techguy78. Лицензирано съгласно международен лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.
Лего блокчета, от Ypiyush22. Лицензирано съгласно международен лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.
Collagentriplehelix-es, от Vossman, Modificado por Alejandro Porto. Лицензирано съгласно лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

ДНК е друг вид молекула (като протеин), направена от малки молекули, свързани заедно. 

Хромозомата е ДНК молекула, която е толкова дълга, че може да се навие и сгъне, така че да *е* достатъчно голяма, за да се види вътрешността на ядрото на клетката с микроскоп. Имаме 23 хромозоми, които идват по двойки: по едно копие на всяка хромозома от всеки от родителите ни.

Когато протеините са дълги вериги, направени от 20 различни субединици (аминокиселини), ДНК е дълга верига, съставена само от четири различни субединици, наречени „бази“ и наречени A, C, G и T. Всеки три букви (триплет) на ДНК верига, съответства на една от 20-те аминокиселини или казва STOP или START, така че „кодът“ на ДНК може да бъде „прочетен“ като списък от аминокиселини, които да се съединят, за да се направи протеин. Този процес се случва вътре в нашите клетки през цялото време с много различни видове протеини, които се правят от ДНК инструкциите на нашите хромозоми. 

Всяка хромозома е единична ДНК молекула с дължина милиони бази и много от As, Cs, Gs и Ts изглежда не правят много. Но участъците, които са инструкции за създаване на протеини, се наричат ​​гени. Всяка наша хромозома носи гени за стотици протеини. Всичко е толкова сложно, че не е изненадващо, че понякога се обърква. Ако една буква в ДНК липсва (изтриване), останалите триплети вече няма да кодират правилните аминокиселини и протеинът, който се прави, изобщо няма да изглежда така, както би трябвало. 

Понякога една буква в ДНК се разменя, което ни дава А вместо С, например. Това може да засегне само една Lego тухла (или аминокиселина) в крайния протеин и може да няма голяма разлика... Или може да означава, че протеинът не може да се придържа към другите протеини, от които се нуждае, за да работи правилно и да причини симптоми в семейството с тази промяна в ДНК.

Изображение кредити:

ДНК-молекула3, от ynse от Полша. Лицензирано съгласно общия лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0.
Човешки кариотип (263 17) Кариотип човешки, 45,XY t13-14, от док. RNDr. Йозеф Райшиг, CSc. Лицензирано съгласно лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Ефект на мутация (13080960754), от Genomics Education Programme. Лицензирано съгласно Creative Commons Attribution 2.0 Generic лиценз.

Гените обикновено се състоят от екзонови последователности (където As, Cs, Gs и Ts кодират протеин, както е описано по-горе) и интронни последователности (които не изписват протеин).

Колагеновият ген, участващ в DEB (COL7A1), има над сто екзона с интрони между тях. За да се направи нормалният протеин, генетичната „рецепта“ се чете чрез прескачане от екзон на екзон и игнориране на интроните. Ако един от екзоните съдържа промяна, която причинява разрушаването на целия протеин, може да се използва вид терапия, наречена „прескачане на екзон“, за да се направи протеин, който оставя този екзон заедно с интроните. Полученият протеин е малко по-къс, но все пак работи. Тази терапия има потенциала да помогне на хора с ЕБ и е била използвана при различно генетично заболяване, наречено мускулна дистрофия на Дюшен, обяснено в тази анимация: 

Може да мислим за нашата имунна система като за антитела и бели кръвни клетки, които ни защитават от микроби, но има много повече от това. Много изследователи се фокусират върху малки части от имунната система, които са особено подходящи за ЕБ. Това могат да бъдат специфични клетки, които участват в заздравяването на рани или възпалението, или специфични протеини, които казват на различни клетки какво да правят, когато възникне увреждане на кожата. Изследователите може първо да се наложи да разгледат внимателно какво се случва, преди дори да могат да измислят начини да помогнат със симптомите.

Белите кръвни клетки (много различни видове с много различни имена!) са по-малко от червените кръвни клетки в нашата кръв, които имат различна задача да пренасят кислород и въглероден диоксид около телата ни. Освен че произвеждат антитела и убиват микроби, белите кръвни клетки участват във важен процес при ЕБ, наречен възпаление.

Възпалението е това, което се случва, когато кожата ни е увредена. Виждаме подуване и зачервяване и усещаме болка, топлина и сърбеж. Белите кръвни клетки се пренасят в раната и се залепват там, където някои ще станат макрофаги и ще помогнат за защита на увредената област. Възпалението не трябва да продължава по-дълго от необходимото и трябва да намалее за ден или два и да доведе до заздравяване на раната. При ЕБ възпалението може да бъде по-скоро „хронично“, отколкото „остро“, което означава, че продължава, след като е спряло да бъде полезно и може да стане причина за симптоми, вместо да помогне за излекуване.

Как работи имунната система?

След като кожата ни е била увредена и възпалена, понякога тя може да заздравее толкова добре, че да изглежда, сякаш никога не е имало нараняване. Но по-тежка рана се възстановява с помощта на процес, наречен фиброза, който произвежда белег. Този процес включва клетки, наречени фиброцити, и протеини като колаген, за да слепят кожата ни обратно. При булозна епидермолиза кожните протеини като колаген може да не работят правилно, така че процесът на зарастване на рани може да не се случи по начина, по който се очаква. Разбирането как трябва да се случи заздравяването на рани и белези може да помогне на изследователите да открият кои части от процеса са засегнати при ЕБ и да намерят цели за лечение. 

Кредит за изображение: 417 Tissue Repair, от OpenStax College, анатомия и физиология, уеб сайт на Connexions. http://cnx.org/content/col11496/1.6/, 19 юни 2013 г. Лицензирано под лиценз Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Ракът е това, което се случва, когато клетките ни не умират, когато трябва, а продължават да се делят и размножават, за да произведат бучка или издатина там, където не трябва да има такава. Раковите заболявания не израстват нови функциониращи органи: ракът на кожата не ви израства нова кожа, ракът на белия дроб не ви израства нов бял дроб – защото това е само един вид клетка в красив, сложен, многоклетъчен орган, т.е. умножаване, когато не трябва. Тези бучки от ракови клетки могат да попречат на функционирането на тялото ни, като блокират тръбите, притискат нервите и увреждат органите ни. Ако ракова клетка се отдели от първия рак, тя може да се разпространи из тялото, да се залепи някъде другаде и да развие вторичен рак. Клетките на нашата имунна система могат да убият някои ракови клетки, но те трябва да внимават да не убият собствените ни здрави клетки, така че това е труден процес. Разбирането на нашата имунна система може да помогне на изследователите да се насочат към раковите клетки.

Нашите клетки обикновено се самоубиват, когато вече не са необходими, но от време на време една не го прави и става ракова. Това е по-вероятно да се случи, ако ДНК вътре в тази отделна клетка е била увредена по някакъв начин от ултравиолетова светлина (слънчево изгаряне) или от наследствена промяна в ген, който участва в указването на клетките кога да останат живи и кога да се самоубият. Изследователите се опитват да разберат гените и протеините, участващи в клетъчното самоубийство (апоптоза), тъй като те може да са мишени за терапии за рак. 

За да продължат да растат и да се делят раковите клетки, те се нуждаят от нашата кръв, за да им донесе повече кислород и хранителни вещества в процес, наречен възпаление. Възпалението е важно за тялото ни, за да реагира на рана, но дълготрайното възпаление може да подпомогне развитието на рак. Изследователите се опитват да разберат как възпалението започва и спира и защо може да не работи правилно, за да измислят нови лечения за хора с ЕБ.

Хората с рецесивна дистрофична булозна епидермолиза (RDEB) имат повишена вероятност от развитие на вид рак на кожата, наречен плоскоклетъчен карцином (SCC). Това е немеланомен рак на кожата с по-малка вероятност от разпространение в други части на тялото в сравнение с меланома (5% или 1 на 20). Започва в най-горния слой на кожата (епидермиса), където размножаващите се ракови клетки образуват твърда бучка, която може да се усеща на усещане и лесно да кърви. 

Кредит на изображението: Сквамозен клетъчен карцином, от BruceBlaus. Лицензирано съгласно международен лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.

Нашата кожа има външен слой, наречен епидермис, и долен, по-дебел слой, наречен дерма. Между епидермиса и дермата има тънък слой, наречен базална мембрана, който е направен от протеини като колаген и ламинин и слепва епидермиса и дермата заедно. Когато протеините на базалната мембрана не работят правилно, двата слоя не се държат здраво заедно и кожата лесно се уврежда, причинявайки симптоми на ЕБ.

Най-външният слой на нашата кожа (епидермис) е изграден от кератинов протеин и клетките, наречени кератиноцити, които произвеждат кератин. Нови кератиноцити се образуват, когато клетките в близост до базалната мембрана се разделят и те избутват по-старите кератиноцити нагоре към повърхността на кожата. Тези клетки произвеждат все повече и повече кератин, докато се напълнят с него и умрат. Нормалната кожа има слой от мъртви клетки и кератин като повърхност, който се лющи, за да бъде заменен от повече, израстващи отдолу. Протеинът кератин е направен от много протеинови субединици, съединени и усукани заедно в дълги вериги, всяка от които е кодирана от различен ген. Промените в гените, участващи в производството на кератин, могат да причинят булозна епидермолиза симплекс.

Под епидермиса се намира дермата. Това е направено предимно от колагенов протеин и съдържа клетки като макрофаги, които предпазват от микроби и фибробласти, които произвеждат колаген. Подобно на кератина, колагеновият протеин е направен от множество колагенови субединици, всяка кодирана от различен ген. Промените в гена COL7A1 причиняват дистрофична булозна епидермолиза.

Други протеини, които могат да бъдат разбити в EB, включват ламинин, който се използва за създаване на базалната мембрана между епидермиса и дермата, както и за образуване на „лепилото“ между кожните клетки (извънклетъчната матрица) и интегрин, който фиксира кожните клетки на място в извънклетъчната матрица. 

Анатомия и физиология на кожата

Кредит за изображение: 3D медицински анимационен кожен слой, от https://www.scientificanimations.com/. Лицензирано съгласно международен лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.

ЕБ е генетично състояние, което означава, че симптомите са причинени от промени в нашата ДНК, понякога наричани „мутации“. Можем да наследим тези генетични промени от единия или двамата родители или те могат да се случат за първи път в яйцеклетката или сперматозоида, които са ни направили, наречени „спонтанна“ или „de novo“ мутация. 

Генетичните заболявания не се улавят, те са „вродени“, което означава, че са нещо, с което човек се ражда. Те не са ничия вина и не се дължат на нещо, което някой е направил или не е направил – те са просто по вина на случайността. Копирането на нашата ДНК всеки път, когато се създава нова клетка, е сложно и телата ни просто не го правят правилно всеки път. Ще има промени в ДНК (мутации) във всеки отделен човек, които не причиняват никаква вреда, но понякога те променят инструкциите на ДНК за създаване на протеини в кожата ни и ние получаваме симптоми на ЕБ. Променената ДНК съществува във всички наши клетки, включително тези, които произвеждат нашите собствени яйцеклетки и сперматозоиди и могат да бъдат предадени на нашите деца. Но различните видове ЕБ се унаследяват по различни начини и симптомите не винаги се предават.

Кредит за изображение: Яйцеклетка и сперма, от Кристинелмилър. Лицензирано съгласно Creative Commons CC0 1.0 Универсално публично достояние.

Понякога само едно копие на ген се променя и може или да не произвежда никакъв протеин, или да има повреден протеин, който не работи правилно. Ако можем да направим достатъчно напълно работещ протеин от непромененото копие, човекът може да няма симптоми и да бъде описан като „носител“. Генетичната промяна може да се опише като „рецесивна“. 

Когато и двама родители са „носители“, децата им имат 50% шанс (1 към 2 – като хвърляне на монета и получаване на глави) да наследят счупено копие от всеки родител, което ще направи и детето носител. Те имат 25% шанс (1 към 4 – като хвърляне на две монети едновременно и получаване на глави и на двете) да наследят счупено копие от двамата родители. Това ще причини симптоми, защото детето няма да има нито един от работещите протеини и ще се роди с ЕВ. Съществува и същият 25% шанс (1 към 4), че детето ще наследи перфектно работещите копия и от майка, и от татко и ще бъде напълно незасегнато, дори и носител. Те няма да предадат ЕБ на собствените си деца. 

Рецесивните генетични заболявания имат незасегнати членове на семейството, които са носители на счупения ген, без самите те да имат симптоми. 

Хората със симптоми на рецесивен ЕБ имат две счупени копия на засегнатия ген, така че ще предадат едно счупено на всички свои деца. Ако другият родител има две работещи копия, всички деца ще бъдат носители. Ако другият родител е носител, има 50:50 (като хвърляне на монета) шанс децата да бъдат засегнати, тъй като те могат или да наследят повреденото копие, или работното копие.

Кредит за изображение: Autorecessive_en_01, от Kuebi (Armin Kübelbeck). Лицензирано съгласно лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Понякога счупеният протеин, произведен от променен ген (мутация), пречи на работния протеин от другото копие или наличието на намалено количество от работния протеин е достатъчно, за да предизвика симптоми. В тези случаи хората ще имат симптоми, дори ако са наследили напълно работещ ген от един от родителите си. Генетичното заболяване може да се опише като „доминиращо“, защото всеки, който има променен ген, ще има симптоми. Това означава, че засегнатият родител може да предаде или своята повредена версия на гена, или перфектно работещата версия. Техните деца може да имат шанс 50:50 (като хвърляне на монета) да наследят счупения ген и симптомите.  

Понякога не е толкова просто и "носителят" може да има много леки или леко различни симптоми, докато някой с две счупени копия на ген може да има много тежко заболяване.

Кредит за изображение: Autodominant_en_01, от Kuebi (Armin Kübelbeck). Лицензирано съгласно лиценз Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Генната терапия е начин за лечение на генетични заболявания, който се опитва да коригира основната генетична промяна, която е отговорна за симптомите, вместо да лекува самите симптоми.

Генната терапия използва естествени процеси от вируси и бактерии, за да създаде работещи гени и да ги достави в нашите клетки. Това може да бъде или като вземете клетките на човек в лабораторията, за да направите генетични корекции, след което ги върнете (наречени ex vivo) или чрез лечение на човек с метод, който позволява на работещия ген да бъде доставен до клетките в тялото му, които се нуждаят от него (наречени in vivo).

Някои лечения се приемат под формата на таблетки. Това се нарича „орален“ път на доставяне или „през устата“ и означава, че лекарството се поглъща в стомаха ни и започва да се смила, преди да попадне в кръвта ни. След като попадне в кръвта ни, той циркулира из цялото ни тяло и може да засегне всеки орган. Това се нарича „системно“ лечение и е различно от „локално“ или „локално“ лечение, което може да използва крем, спрей, гел или превръзка за поставяне на лекарството само върху една част от тялото. 

Това видео обяснява как системните лекарства могат да действат в тялото ни:

Някои системни лечения могат да бъдат „целеви“, така че, въпреки че са в кръвта ни, те действат само върху наранените зони. 

Някои системни лечения могат да бъдат поставени директно в кръвта ни като „интравенозно (IV) преливане“. Това означава, че не е необходимо първо да преминат през стомаха ни и могат да започнат да действат по-бързо, след като бъдат дадени. Ако дадено лекарство може да се увреди, като попадне в стомаха ни или не може да попадне от червата ни в кръвния поток, то не може да се приема под формата на таблетки и може да се наложи да се прелее.

Кремовете, геловете и спрейовете могат да приложат лечение директно върху участък от наранена кожа и се наричат ​​локални или локални лечения. Те всъщност не преминават в кръвта ни, така че не засягат други части на тялото. 

Локалните лечения се състоят от неактивно вещество, наречено „основа“ и „активна съставка“, които имат биологични ефекти върху тялото. Основата може да бъде мазен крем, гел с петна или водниста течност за накапване или пръскане и малко количество активна съставка може да се смеси в основата. Някои кремове са полезни сами по себе си, като осигуряват защитна бариера или помагат да се поддържа кожата гъвкава, докато зараства, но медицинският крем съдържа активна съставка в определена доза и може да се наложи да се използва определен брой пъти на ден, за да бъде ефективен и не повече от това. Изследователите трябва да открият какво количество от активната им съставка да се смеси с основата, какъв вид основа да се използва, колко течна или лепкава трябва да бъде, дали трябва да се разклати преди употреба, за да се смеси равномерно активната съставка в нея или съхранявайте в хладилник или фризер, за да запазите действието на активната съставка. Те могат да потърсят начини за намаляване на паренето или премахване на неприятния вкус или миризма.

Някои изследователи изучават методите за доставяне на лекарства, а не самите лекарства. За да направят най-добрите лекарства, двете групи експерти могат да работят заедно.