Dostęp Otwarty

Historia medycyny

Magiczny pocisk, czyli początki i rozwój immunologii

Dr hab. n. hum. Ryszard W. Gryglewski , prof. UJ

Katedra Historii Medycyny na Wydziale Lekarskim UJ CM

Zaczęło się od pełnego fantazji porównania przeciwciał do „magicznego pocisku zdolnego wypędzić diabła choroby”, a skończyło na symbolu nowej ery w naukach medycznych

W 1890 roku niemiecki badacz, uczeń Roberta Kocha Emil von Behring, wraz ze swoim japońskim asystentem Kitasato Shibasaburō (ryc. 1)

Small 9986

Ryc. 1. Emil von Behring i Kitasato Shibasaburō – w 1890 roku opracowali surowicę przeciwbłoniczą, a potem przeciwtężcową, co uznano za narodziny immunologii.

opracowali pierwszą surowicę przeciwbłoniczą, by w rok później wykazać jej skuteczność w leczeniu ludzi. Następna była surowica przeciw tężcowi. Dla wielu historyków medycyny właśnie to wydarzenie jest istotnym momentem narodzin immunologii. Jego wagę dostrzegł Komitet Noblowski, który już w roku 1901 przyznał Behringowi nagrodę. W tym samym czasie inny niemiecki badacz Paul Ehrlich (ryc. 2)

Small paul ehrlich 4 opt

Ryc. 2. Paul Ehrlich – stworzył teorię łańcuchów bocznych, wedle której niektóre komórki są wyposażone w specjalne struktury, czyli łańcuchy właśnie.

zaprezentował oryginalną teorię łańcuchów bocznych, wedle której niektóre komórki są wyposażone w specjalne struktury, czyli łańcuchy właśnie. Utworzone na powierzchni ścian komórkowych miały mieć zdolność wiązania patogenów oraz neutralizacji toksyn. Następnie w wyniku interakcji z patogenem lub toksyną łańcuchy były uwalniane do surowicy. I jakkolwiek teoria Ehrlicha, który z fantazją przyrównał przeciwciała do „magicznego pocisku zdolnego wypędzić diabła choroby”, była bardzo przekonująca, brakowało wówczas niezbitych dowodów na jej potwierdzenie. Sam Ehrlich, późniejszy odkrywca salwarsanu, w 1908 roku wraz z Ilią Miecznikowem otrzymał Nagrodę Nobla.

Zrozumieć istotę interakcji

Small michael heidelberger 1 opt

Ryc. 3. Michael Heidelberger (na zdjęciu) wraz Oswaldem Averym potwierdził zjawisko precypitacji antygenów pod wpływem przeciwciał oraz udowodnił, że przeciwciała są w istocie białkami.

Poważną przeszkodą, która przez dłuższy czas stawiała opór dociekliwości uczonych, był problem określenia natury omawianego procesu. Dopiero w latach 20. XX stulecia prace amerykańskich badaczy Michaela Heidelbergera (ryc. 3) i Oswalda Avery’ego dały głębszą wiedzę o biochemicznej strukturze przeciwciał. Uczeni doświadczalnie potwierdzili wówczas zjawisko precypitacji antygenów pod wpływem przeciwciał oraz udowodnili, że przeciwciała są w istocie białkami. W kolejnej dekadzie wieku prace zespołów uczonych pozwoliły lepiej zrozumieć istotę interakcji pomiędzy przeciwciałami i antygenami, aczkolwiek nadal utrzymywało się przekonanie, że zjawiska immunoprecypitacji, aglutynacji oraz działanie antytoksyczne są zależne od zupełnie różnych czynników występujących w surowicy. Dopiero tuż przed wybuchem drugiej wojny światowej, w 1939 roku, Elvin Abraham Kabat dowiódł, że jest to skutek działania substancji o tych samych podstawowych właściwościach. Stworzono podstawy dla nowoczesnej immunochemii. Nieco wcześniej, w 1936 roku, austriacki lekarz, który zdobył sławę jako współodkrywca grup krwi, Karl Landsteiner zaobserwował, iż przeciwciała mają cechę ścisłego dopasowania się do antygenów.

Na kolejny przełom w badaniach nad istotą przeciwciał trzeba było poczekać do lat 50. Pierwszy istotny krok poczynił Niels Jerne, który spojrzał na zjawisko odporności jako na logicznie zaprogramowany system reakcji na obce antygeny, reakcji przejawiającej się właściwym i selektywnym doborem przeciwciał spośród ogólnej puli tychże wytwarzanych przez organizm. Jerne twierdził również, że reakcje immunologiczne, jakkolwiek noszące cechy automatyzmu, nie są jednak przypadkowe, lecz mają wyraźnie charakter procesów celowych. Pełny wykład swojej teorii Jerne dał już w 1955 roku, inspirując wielu badaczy, a wśród nichaustralijskiego immunologa Franka Macfarlane’a Burneta (ryc. 4).

Small frank macfarlane burne opt

Ryc. 4. Frank Macfarlane Burnet – stworzył teorię selekcji klonalnej, dzięki której można było wyjaśnić podstawy mechanizmu reakcji immunologicznej.

Australijczyk opracował wówczas nowy model, tzw. teorię selekcji klonalnej, dzięki której można było wyjaśnić podstawy mechanizmu reakcji immunologicznej. Nadal jednak kwestią otwartą pozostawało pytanie o przyczynę istnienia tak dużej liczby wariantów przeciwciał, które obserwowano i oznaczono w wielu ośrodkach badawczych na świecie. Co więcej, gdy coraz dokładniejsze badania genetyczne zaczęły być wykorzystywane w pracach immunologicznych, okazało się, że wariantów przeciwciał jest znacznie więcej niż podejrzewano. W istocie z wyliczeń wynikało, iż może ich być więcej niż samych genów! To zaś po prostu nie mogło się wydarzyć. I po raz kolejny uczeni stanęli przed problemem przypominającym węzeł gordyjski. Wyjaśnienie tej oczywistej sprzeczności zawdzięczamy przedewszystkim immunogenetykom. Na tym polu szczególnego znaczenia nabrały prace japońskiego uczonego Susumu Tonegawy, który opisał charakter genetycznego podłoża przeciwciał i w 1987 roku został laureatem Nagrody Nobla.

Opracować metodę badań

Tymczasem w latach 70. César Milstein oraz Georges Köhler, znając dobrze wartość osiągnięć poprzedników i najnowsze osiągnięcia kolegów, pracowali intensywnie nad zjawiskiem odporności i starali się dać ostateczną odpowiedź na jedno z fundamentalnych pytań ówczesnej immunologii: „Jak właściwie kształtują się przeciwciała?”. Byli świadomi, że aby swój cel osiągnąć, muszą najpierw opracować skuteczną metodę badań. Taki był początek narodzin jednego z najbardziej przełomowych odkryć w dziejach medycyny.

Uczeni zwrócili w pierwszym rzędzie uwagę na metodykę stosowaną w hodowlach tkankowych, a konkretnie na stosunkowo rzadkie zjawisko fuzji pomiędzy dwoma typami komórek nowotworowych. Zaobserwowane i opisane jeszcze w latach 50. zjawisko prowadziło w konsekwencji do dalszych prób, których celem było dokonanie fuzji komórek nowotworowych z komórkami zdrowymi. Ostatecznie w latach 60. zakończyły się one sukcesem.

Jednoczenie zaobserwowano, że komórki zdrowe są w stanie tłumić złośliwy fenotyp komórek nowotworowych. Kolejnym krokiem było określenie optymalnych warunków, w jakich mogą rozwijać się powstające w ten sposób komórki hybrydowe, przy czym dążono do eliminacji tych komórek, które hybrydyzacji nie ulegały. Znaczący udział w określeniu tych warunków, samego mechanizmu fuzji oraz ustalenia optymalnego podłoża dla dokonania pożądanej selekcji materiału eksperymentalnego miał polski uczony pracujący w Stanach Zjednoczonych Wacław Szybalski, który m.in. już w 1963 roku zdołał uzyskać pierwsze tzw. komórki hybrydowe (hybrydomy), by w latach 70. mieć znaczący wkład w tworzeniu przeciwciał monoklonalnych. Nie ulega wątpliwości, że prace prof. Szybalskiego stworzyły podstawy nowoczesnej biotechnologii i wywarły znaczący wpływ na prace innych uczonych.