Potencjał deoksyrybozymów do zastosowań w medycynie wiąże się z ich zdolnością do specyficznego rozcinania określnych fragmentów DNA lub RNA. Katalityczne DNA (deoksyrybozym), wprowadzone do komórki gospodarza, może modulować ekspresję wybranego genu – na przykład takiego, którego produkt odpowiedzialny jest za rozwój choroby. Na rynku istnieją już leki oparte o analogiczną strategię, jednak wykorzystujące inny rodzaj katalitycznego kwasu nukleinowego – RNA (rybozymy). Przewagą deoksyrybozymów nad rybozymami jest przede wszystkim ich cena i stabilność. Synteza oligonukleotydów DNA jest tańsza, a ponadto są one odporniejsze na degradację w warunkach fizjologicznych, przez co nie jest konieczna znaczna modyfikacja ich struktury do zastosowań in vivo. Wyzwaniem pozostaje natomiast, podobnie jak w przypadku innych produktów terapii genowej, specyficzne dostarczanie deoksyrybozymów wyłącznie do chorych komórek. Z tego względu większość badań skupia się na projektowaniu katalitycznych DNA do zastosowań przy leczeniu zlokalizowanych nowotworów. W takim przypadku lek może zostać wprowadzony do chorej tkanki za pomocą zastrzyku.

Jedną ze strategii mającą na celu hamowanie rozwoju nowotworów jest przeciwdziałanie angiogenezie, czyli powstawaniu nowych naczyń krwionośnych. Nieunaczyniony nowotwór nie jest zaopatrywany w składniki odżywcze, przez co obumiera. Stąd do grupy celi dla deoksyrybozymów należą m.in. transkrypty (mRNA) kodujące receptory dla czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGFR1 i VEGFR2). W badaniach na kulturach komórkowych, a następnie na modelach zwierzęcych udowodniono, że odpowiednie cząsteczki katalitycznego DNA mają zdolność hamowania procesu powstawania nowych naczyń krwionośnych. Ponadto deoksyrybozym zwany DT18 testowany był na modelu mysim czerniaka złośliwego oraz myszach z ludzkim rakiem jamy nosowo-gardłowej. W obu przypadkach zaobserwowano zahamowanie wzrostu nowotworu.

Kolejnym przykładem opartym o analogiczną strategię zapobiegania neowaskularyzacji są deoksyrybozymy (DzF i DzA), które rozcinają mRNA kodujące białko Egr-1 (ang. early growth response factor 1 — czynnik odpowiedzi na wczesny wzrost 1). Białko Egr-1 jest czynnikiem transkrypcyjnym należącym do rodziny białek z domeną palca cynkowego. Kontroluje ono ekspresję całej gamy genów proangiogennych, m.in. innych czynników wzrostu, cytokin, receptorów, cząsteczek adhezyjnych i proteaz. Wydaje się być zatem idealnym celem terapii nowotworowych. W badaniach przeprowadzonych przy użyciu deoksyrybozymów hamowano ekspresję białka Egr-1 w trójwymiarowych hodowlach komórkowych oraz w myszach z komórkami raka piersi. U myszy, które „leczono” katalitycznym DNA zaobserwowano pięciokrotne zmniejszenie się nowotworu w porównaniu do grupy kontrolnej.

Pomimo pozytywnych wyników osiąganych w leczeniu nowotworów przez deoksyrybozymy w badaniach z wykorzystaniem kultur komórkowych i modeli zwierzęcych, przez długi okres czasu brak było danych na temat działania tych cząsteczek w organizmie ludzkim. Przełomem okazał się lek Dz13, pierwszy deoksyrybozym, który został dopuszczony do badań klinicznych i przeszedł pozytywnie badania na ludziach. Katalityczne DNA Dz13 zaprojektowano do leczenia raka podstawnokomókowego skóry (ang. basal cell carcinoma, BCC), będącego najczęstszym złośliwym nowotworem skóry. W jego komórkach ekspresjonowany jest czynnik transkrypcyjny c-Jun, który w zdrowych komórkach skóry występuje w dużo mniejszych ilościach. Stąd wybór tego geny, a konkretnie kodującej go cząsteczki mRNA, na cel dla działania deoksyrybozymu Dz13. Pierwsza faza badań klinicznych z użyciem tej cząsteczki przeprowadzona została w 2010 i w 2011 roku w Sydney w Royal Prince Alfred Hospital. Pacjentom, do komórek nowotworowych, wstrzykiwano cząsteczkę Dz13 w różnych dawkach (10-100 µg), a następnie sprawdzano efekt po okresie 7-28 dni po iniekcji. W badaniach skupiono się na pomiarze bezpieczeństwa i tolerancji pacjentów na lek. Nie zaobserwowano znaczących efektów ubocznych ani rozprzestrzeniania się cząsteczki Dz13 do zdrowych komórek. Wyniki badań pierwszej fazy, poprzedzone badaniami toksykologicznymi na zwierzętach, potwierdziły brak toksycznego wpływu deoksyrybozymu na organizm człowieka. Ponadto, u pacjentów zaobserwowano znaczne zahamowanie ekspresji białka c-Jun oraz minimalne zahamowanie wzrostu nowotworu. Minimalny efekt (3-10%) wiąże się z bardzo krótkim czasem przyjmowania leku. W tej fazie badań jest to jednak akceptowalne, gdyż ze względów etycznych badania takie nie mogą trwać dłużej.

Ze względu na pozytywne wyniki pierwszej fazy badań klinicznych z użyciem cząsteczki Dz13, wkrótce powinien rozpocząć się kolejny etap testowania cząsteczki na ludziach. Deoksyrybozym Dz13 jest pierwszym katalitycznym DNA z tak dużym potencjałem do zastosowań klinicznych. Trzymamy zatem kciuki za dalsze postępy!