home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Time - Man of the Year / Time_Man_of_the_Year_Compact_Publishing_3YX-Disc-1_Compact_Publishing_1993.iso / moy / 092892 / 0928350.000 < prev    next >
Text File  |  1993-04-08  |  10KB  |  197 lines

  1.                                                                                 MEDICINE, Page 62The Glue of Life
  2.  
  3.  
  4. By manipulating the adhesiveness of cells, scientists hope to
  5. stop the spread of cancer, cure arthritis and develop a new
  6. class of therapies
  7.  
  8. By DICK THOMPSON/LA JOLLA
  9.  
  10.  
  11.     If living cells didn't have a fondness for sticking
  12. together, we would all be colorful gobs of jelly oozing all over
  13. the floor. Fortunately, cells hold to a basic biological premise
  14. that stickiness is desirable for form and essential for
  15. function. They violate this premise at our peril. When cells
  16. become either too sticky or too slippery, arteries can get
  17. clogged, cancer cells can skate around the body, and
  18. inflammation can turn subversive. Researchers have long believed
  19. that if they could somehow manipulate stickiness, they would
  20. have a formidable new set of tools for healing.
  21.  
  22.     Now, after decades of frustration and obscurity, the world
  23. of adhesion science is beginning to fulfill its promise.
  24. Researchers who look at many diseases as a failure of stickiness
  25. are designing both antisticky drugs and Super Glue-like drugs
  26. to treat a range of disorders, including heart disease,
  27. transplant rejection, stroke, arthritis, shock and cancer.
  28. Michael Gimbrone Jr., head of vascular research at Harvard
  29. Medical School, predicts "a whole new generation of therapeutic
  30. interventions." Several drugs are now being tried on humans, and
  31. early next year the first of them -- a gel that spurs wound
  32. healing -- will enter the final U.S. government approval
  33. process.
  34.  
  35.     Stickiness is central to almost all biological processes.
  36. Cells are able to form organs and function as a unit thanks to
  37. a fascinating category of complex glues they secrete known as
  38. extracellular matrix. Securing cells in their matrix are
  39. Velcro-like patches called cellular-adhesion molecules (CAMs),
  40. which are present on every cell except red blood cells. These
  41. cellular glues not only hold things together but also play a
  42. vital role in growth, fetal development, repair of damaged
  43. tissue and elimination of noxious invaders.
  44.  
  45.     But when cellular glues become too sticky or fail to hold,
  46. the outcome is often disastrous. In cancer, for instance,
  47. advancing tumors often secrete an enzyme that chews up their
  48. matrix, freeing malignant cells to leak into the bloodstream.
  49. Some inevitably stick and pro liferate at sites elsewhere in the
  50. body. Thus the lethal process of metastasis may be viewed as a
  51. breakdown in stickiness.
  52.  
  53.     At the opposite end of the spectrum are inflammatory
  54. diseases like arthritis and multiple sclerosis, in which things
  55. have got a bit too sticky. Normally, inflammation is part of
  56. the healing process. At a wound site, for example, chemical
  57. signals prompt the cells of nearby blood vessels to produce more
  58. CAMs, turning the vessels into a kind of biological flypaper
  59. that attracts platelets, leukocytes and other repair cells to
  60. the scene of destruction. Once healing is under way, the
  61. signals subside so the vessels lose their stickiness and
  62. inflammation recedes. But in a disease like arthritis, the
  63. chemical signal is always present. Vessels remain sticky, and
  64. repair cells pile up, causing pain, swelling and other symptoms
  65. of chronic inflammation.
  66.  
  67.     Still, too much inflammation is probably better than none
  68. at all. The latter is the peculiar plight of Brooke Blanton, a
  69. 13-year-old Dallas girl who has taught researchers much of what
  70. they know about cell adhesion and wound healing. Brooke first
  71. came to doctors' attention as an infant, when her umbilicus and
  72. teething sores failed to close and became infected. Strangely,
  73. Brooke's lesions contained no pus -- the carcasses of millions
  74. of white cells that pile up at infection sites -- even though
  75. her bloodstream was teeming with infection-fighting white
  76. cells, or leukocytes.
  77.  
  78.     Mystified, Baylor University physician Donald Anderson and
  79. Harvard pathologist Timothy Springer decided to test the child's
  80. white cells to see how sticky they were. "There was absolutely
  81. no binding at all," says Anderson. A new disease had been
  82. discovered: leukocyte-adhesion deficiency. Unable to produce the
  83. CAMs that enable leukocytes to stick where they are needed,
  84. these rescue cells were sliding past Brooke's wounds like a
  85. convoy of ambulances with no brakes. "This child can't heal a
  86. paper cut," says Brooke's mother Bonnie. For now, her daughter's
  87. life remains a continuous battle against infection, though gene
  88. therapists at Baylor hope to cure Brooke by inserting into her
  89. white cells a gene for the missing CAM.
  90.  
  91.     Researchers have similar dreams of manipulating stickiness
  92. in more commonplace ailments, including cancer.
  93. "Cellular-adhesion research isn't going to cure cancer, but it
  94. might stop metastasis," says Massachusetts Institute of
  95. Technology scientist Richard Hynes. At the La Jolla Cancer
  96. Research Foundation in California, genetic scientists have
  97. succeeded in inserting a CAM gene inside a tumor cell. Once the
  98. cell starts manufacturing patches of biological Velcro, it is
  99. essentially "glued in place. It becomes incapable of
  100. metastasizing," says Erkki Ruoslahti, president of the
  101. foundation. A second approach to controlling cancer is known as
  102. "walking on ice." Here the goal is to deny tumor cells traction
  103. so they can't grip the walls of blood vessels to implant
  104. elsewhere in the body. This may be accomplished by using drugs
  105. to block certain CAMs on malignant cells.
  106.  
  107.     While such therapies remain theoretical, reducing
  108. stickiness is already proving useful in heart disease,
  109. specifically in combatting a dangerous side effect of
  110. clot-busting drugs like streptokinase or TPA. Doctors have found
  111. that after such drugs are used, lingering pieces of broken-up
  112. clots (consisting mainly of platelets) look to surveillance
  113. cells like a flood of damaged tissue. Instantly, the
  114. inflammation process kicks in: the affected region of the heart
  115. becomes sticky and therefore prone to further clotting. Adhesion
  116. research has produced a drug now being tested on heart patients
  117. that keeps the scattering clot fragments from sticking.
  118.  
  119.     Another antiadhesion drug is being developed for the
  120. treatment of traumatic shock. Here too the goal is to prevent
  121. the body's own healing process from going awry. Traumatic shock
  122. can occur when accident victims lose large quantities of blood,
  123. causing cells in vital organs to starve for oxygen. The starving
  124. tissues trigger a distress signal that summons leukocytes and
  125. other members of the body's damage-control team, which begin to
  126. destroy distressed cells. Alas, if the signal stays on too long,
  127. cells are killed at a phenomenal rate and major organs begin to
  128. die even while hospital trauma teams are rushing to the rescue.
  129. Each year 25% of the shock victims who make it to the emergency
  130. room are revived only to die later. "It seems evolution never
  131. intended for someone to be resuscitated after shock," says John
  132. Harlan, head of hematology at the University of Washington in
  133. Seattle. Harlan and his colleagues hope to outfox evolution with
  134. a CAM-blocking drug that keeps white cells from sticking after
  135. shock. In a series of animal studies, the drug saved 75% from
  136. certain death.
  137.  
  138.     Furthest along of the new adhesion drugs is an "artificial
  139. matrix" designed to promote wound healing. Normally, a wound
  140. site looks like the Grand Canyon to arriving rescue cells. But
  141. this biodegradable gel, produced by Telios Pharmaceuticals, is
  142. peppered with synthesized CAM molecules so that cells arriving
  143. at a wound site will have plenty of places to get a grip. With
  144. the new gel filling in the gap, repairing wounds, including
  145. severe burns or skin ulcers, takes 30% less time and leaves less
  146. of a scar, claims company scientific director Michael
  147. Pierschbacher.
  148.  
  149.     All this is coming from a science that nearly became
  150. extinct. Following some excitement during the war on cancer in
  151. the early 1970s, many scientists abandoned the field in
  152. frustration for the more glamorous search for the genes of
  153. disease. Yet a handful pressed on, captives of their own
  154. curiosity. Many, like Harvard's Martin Hemler, had their
  155. research proposals regularly sent back from the U.S. National
  156. Institutes of Health stamped IRRELEVANT. Without a group to call
  157. their own, with no papers circulating, with no annual meetings,
  158. sticky cellsters worked in isolation, unaware that anyone else
  159. was keeping the faith.
  160.  
  161.     Two events saved the field. The first, in 1976, was the
  162. discovery of hybridoma technology. This allowed scientists to
  163. build exquisitely precise probes to explore cell surfaces and
  164. search for CAMs. The second boost came in the mid-1980s, when
  165. M.I.T.'s Hynes noticed a resemblance between research coming
  166. from obscure labs working on cancer, immunology, developmental
  167. biology and hematology. Hynes began to see that these
  168. researchers were all exploring aspects of cell adhesion. In 1987
  169. he drew together these separate lines of research and published
  170. a landmark paper in the journal Cell that finally connected the
  171. dots. "All of a sudden, these fields fused; they were one," says
  172. Hynes.
  173.  
  174.     Since then the pace has swiftly accelerated. Biotech
  175. companies are scrambling to capitalize on sticky science.
  176. "Thousands of papers are coming out. It's crazy, absolutely
  177. crazy," exults Jean Paul Thiery, director of research for the
  178. French National Center of Scientific Research. The excitement
  179. serves as a reminder that the best guidepost for research may
  180. be what it has always been: the persistent pull of curiosity and
  181. the tenacity of scientists who ignore fashion and stick with it.
  182.  
  183.  
  184.  
  185.  
  186.  
  187.  
  188.  
  189.  
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.