Nanoterapeutyki fullerenowe do leczenia i diagnozowania nowotworów trzustki opracowuje naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego. Rozwiązanie może okazać się przełomowe w walce z tymi chorobami.
Nanomedycyna to przyszłość współczesnej medycyny. Dzięki niej w czasie pandemii SARS-CoV-2 mogliśmy korzystać z nowych typów szczepionek. Wszystkie najnowsze leki oparte na mRNA są związane z nośnikiem nanometrycznym, tzw. liposomami kationowymi. Agencja Żywności i Leków (FDA) oraz Europejska Agencja Leków zarejestrowały już około 60 medykamentów tego typu, które mogą być stosowane w leczeniu pacjentów. To różnego rodzaju leki przeciwbakteryjne, ale też tzw. formulacje leków, zamykane w micelach, w liposomach, skompleksowane z białkami, np. albuminą, które dają nowe możliwości do zastosowania leków starego typu.
Nanomedycyna może być również pomocna w leczeniu nowotworów za sprawą terapii spersonalizowanych, czyli celowanych molekularnie. To innowacyjna metoda leczenia opracowana z myślą o konkretnych zaburzeniach genetycznych wykrytych u danej osoby.
Wyjątkowo agresywny przeciwnik
Dotychczas nie udało się stworzyć skutecznego leku na gruczolakoraka przewodowego trzustki. To najczęstszy, wyjątkowo agresywny typ nowotworu trzustki. Może szybko rozprzestrzeniać się na otaczające narządy, nie dając żadnych objawów. Tradycyjna chemioterapia okazuje się nieskuteczna w walce z tym przeciwnikiem. Naukowcy nieustannie poszukują efektywnego sposobu leczenia i diagnozowania nowotworów trzustki z udziałem nowych typów terapii (immunoterapie, terapie genowe oraz nanoterapeutyki). Nadzieję dają fullereny. To alotropowa odmiana węgla, odkryta dosyć niedawno – pierwsze badania były prowadzone w latach osiemdziesiątych XX wieku.
Naukowcy zauważyli, że po naświetlaniu laserem prętów grafitowych w wysokiej temperaturze wytwarzały się dziwne substancje przypominające sadzę. Wówczas jeszcze nie nazywano ich w żaden sposób. Badano je za pomocą spektrometru masowego, który zawsze wskazywał jako dominującą masę 720 Da. Jeżeli podzielimy ją przez masę atomową węgla, wynoszącą 12, to otrzymamy 60 atomów węgla – wskazuje dr inż. Maciej Serda z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.
Amerykańscy naukowcy uznali, że magicznym pierwiastkiem znajdującym się w sadzy powstałej w wyniku eksperymentu jest związek zawierający 60 atomów węgla. Ustalenie oraz potwierdzenie jego prawidłowej struktury zajęło kilka lat. W 1996 roku za odkrycie fullerenów Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymali Harold Kroto z Uniwersytetu Sussex w Brighton oraz zespół Richarda Smalley’a i Roberta Curla z Uniwersytetu Rice’a w Stanach Zjednoczonych. Jak przekonuje dr inż. Maciej Serda, fullereny to wyjątkowe nanomateriały węglowe.
Jeśli odpowiednio je zmodyfikujemy chemicznie, będą one idealnie rozpuszczalne w wodzie, zaś niektóre pochodne fullerenowe przypominają kolorystycznie doskonałe czerwone wino. Mówimy wtedy, że mamy wino fullerenowe – śmieje się i dodaje: – To jest dla mnie fascynujące, że po przeprowadzeniu odpowiednich reakcji chemicznych możemy sprawić, że fullereny są doskonale rozpuszczalne w wodzie.
Zespół badawczy, którym kieruje naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego, odkrył, że fullereny mogą oddziaływać z wieloma celami molekularnymi.
W momencie, kiedy rozpuszczalny w wodzie fulleren oznaczymy fluoroforem, czyli takim „molekularnym światełkiem”, które sprawia, że możemy oglądać pod mikroskopem, jak fulleren krąży w danym układzie biologicznym, to zauważymy, że wycieka on z naczyń krwionośnych nowotworów znacznie bardziej, w przeciwieństwie do prawidłowych tkanek – wyjaśnia naukowiec. – Możemy zaobserwować, że podczas szybkiego namnażania się tkanki nowotworowe robią się „dziurawe”. Mówiąc inaczej: tak szybko tworzą swoje naczynia, że znajdują się w nich dziury. Jeśli związki fullerenowe mają odpowiednią wielkość, to mogą wyciekać z naczyń krwionośnych nowotworu i tam się lokować. To rzecz unikatowa, w porównaniu do np. związków małocząsteczkowych.
Od badań komórkowych do zwierzęcych
Zespół z Uniwersytetu Śląskiego kończy właśnie badania komórkowe. Naukowcom udało się odkryć, że niektóre fullereny wykazują dużą aktywność biologiczną i są nietoksyczne na modelu muszki owocówki.
Przed nami poważne wyzwanie, którym dla każdego chemika jest przejście na model zwierzęcy. Chcemy sprawdzić efektywność działania poszczególnych fullerenów na mysim modelu nowotworu trzustki. Przejście z modelu komórkowego, który stanowi pewne uproszczenie całej biologii nowotworów, do modelu zwierzęcego pozwoli nam uzyskać odpowiedzi na wiele pytań, np. czy związek jest toksyczny dla myszy. Teraz naszym kolejnym działaniem będzie przygotowanie i opracowanie formulacji, ustalenie dawki i sposobu podawania naszych nanomateriałów fullerenowych myszom – wyjaśnia chemik z Uniwersytetu Śląskiego.
Głównym celem badań jest możliwość stworzenia leków dla ludzi. Przed naukowcami jednak jeszcze długa droga. Badania na zwierzętach to milowy krok, który pozwoli lepiej poznać biodystrybucję związków fullerenowych, będzie można dowiedzieć się m.in., gdzie dokładnie lokują się w organizmach myszy oraz jak szybko są z nich usuwane. Choć wstępne badania na poziomie komórkowym dały wiele pozytywnych wyników, różnica pomiędzy badaniami komórkowymi a zwierzęcymi jest ogromna.
Może się okazać, że na etapie zwierzęcym związki fullerenowe są toksyczne, wiążą się z białkami w sposób zbyt trwały albo są usuwane z organizmów bardzo szybko i nawet nie są w stanie osiągnąć danego efektu terapeutycznego. Nie jestem w stanie jeszcze powiedzieć, czy uda nam się zdobyć to Kilimandżaro, jakim jest stworzenie leków przeciwnowotworowych skuteczniejszych niż chemioterapia – podkreśla dr inż. Maciej Serda.
Warto zauważyć, że w pracach nad opracowywaniem leków istotną rolę odgrywa dobra współpraca pomiędzy badaczami z różnych dziedzin naukowych. Naukowcy z Instytutu Chemii UŚ współpracują z grupą biofizyki farmaceutycznej z Instytutu Fizyki UŚ, z Centrum Projektowania i Syntezy Leków i Materiałów UŚ w Chorzowie, z biologami z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ, a także z inżynierami materiałoznawstwa.
Cieszę się, że możemy pokazać reszcie Polski, że Śląsk to nie tylko przemysł związany z wydobyciem węgla. Udowadniamy, że potrafimy zrobić z tym materiałem coś, co może w przełomowy sposób pomóc naszemu społeczeństwu – podsumowuje dr inż. Maciej Serda.
Olimpia Orządała, źródło UŚ