| Olimpia Orządała |
Co jest najważniejsze przy projektowaniu leków? Jakie będą leki przyszłości? Czy książki też chorują tak jak człowiek? O chemii leków i farmakologii opowiada prof. dr hab. Robert Musioł z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Naukowiec, który jest współautorem ponad 120 publikacji i więcej niż 40 patentów, zajmuje się syntezą organiczną i badaniem związków przeciwbakteryjnych, przeciwgrzybicznych oraz przeciwnowotworowych.
– Kiedyś się mówiło, że chemia leczy, żywi i ubiera. Z jednej strony potrzebujemy rozwoju technologicznego, a z drugiej jeżdżąc autami i jedząc wysokoprzetworzoną żywność, musimy się leczyć. Gdyby chemia nie żywiła, nie musiałaby leczyć – uważa badacz z UŚ.
Koń trojański w walce z rakiem
Jedną z najważniejszych rzeczy przy projektowaniu farmaceutyków jest poznanie mechanizmów ich działania. Nie tylko musimy mieć pewność, że dany lek jest skuteczny, lecz również potrzebujemy dokładnej wiedzy na temat tego, jak działa. Ważne jest też, by poznać ewentualne czynniki niepożądane.
Tworzenie medykamentów wiąże się m.in. z poszukiwaniem związków o aktywności biologicznej. Przykładem mogą być np. jonofory, które mają tendencję do kompleksowania jonów żelaza, potrafią także przenikać do wnętrza komórki. Takie związki są przedmiotem zainteresowania naukowców z UŚ w ostatnim projekcie finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki.
– Jonofory nazywane są transporterami, ponieważ potrafią przenieść żelazo. „Łapią” je i przechodzą z nim przez barierę biologiczną – wyjaśnia chemik. – Powoduje to, że w komórce dochodzi do zaburzenia homeostazy tych jonów. Żelazo to pierwiastek o tyle specyficzny, że z jednej strony jest komórce niezbędny do życia, a z drugiej potrafi być dość niebezpieczny, ponieważ stosunkowo łatwo zmienia stopnień utlenienia, przez co może przyjmować albo oddawać elektron. W wyniku takich przemian w komórce powstają wolne rodniki.
Powstawanie wolnych rodników jest procesem występującym standardowo podczas oddychania komórkowego. Każda komórka ma własny system antyoksydacyjny, który utrzymuje wolne rodniki na odpowiednim poziomie. Zastosowanie jonoforów powoduje jednak, że ich ilość znacznie rośnie, ponieważ żelazo transportowane jest z jednego miejsca na drugie.
– O ile komórki zdrowe są w stanie sobie z tym poradzić, bo mają dość wysoki poziom antyoksydantów, o tyle komórki nowotworowe mają o wiele bardziej „rozpędzony” metabolizm, można powiedzieć, że żyją na krawędzi. Dlatego też łatwiej jest je z tej krawędzi zrzucić, prościej jest wprowadzić wysoki poziom wolnych rodników, z którym sobie nie radzą – wyjaśnia prof. R. Musioł.
Naukowcy, prowadząc badania nad komórkami zdrowymi i nowotworowymi, zaobserwowali, że w obu przypadkach rósł poziom wolnych rodników. W zdrowych komórkach ulegał on stabilizacji, ponieważ aktywizował się system antyoksydacyjny, natomiast komórki nowotworowe nie dawały rady zrobić tego samego.
– Komórki nowotworowe zazwyczaj mają więcej białek wyłapujących żelazo, dzięki czemu przechowują go więcej. Jeśli metodą konia trojańskiego, jak można powiedzieć, wprowadzimy do komórek jeszcze więcej żelaza, będziemy mogli je zniszczyć – mówi badacz.
Jak podkreśla chemik, jednocześnie zachowuje się bardzo duża różnica pomiędzy stężeniem toksycznym dla normalnych komórek a dla nowotworowych. Poziom toksyczności wobec komórek zdrowych był ponad tysiąc razy wyższy niż dla nowotworowych. Zatem dawka leku szkodliwa dla nowotworu jest w pełni bezpieczna dla zdrowych komórek.
– Potencjalnie będzie mniej efektów ubocznych takich terapii. Oczywiście to za daleko, żeby jeszcze o tym mówić, obecnie jesteśmy na etapie badań na zwierzętach, które prowadzimy z zaprzyjaźnionym zespołem z Uniwersytetu Jagiellońskiego – mówi naukowiec.
Leki przyszłości
W filmach science fiction często obserwujemy cudowne leki czy technologie, dzięki którym człowiek potrafi niemalże zmartwychwstać. Czy właśnie tak będą wyglądać farmaceutyki przyszłości?
– Osobiście myślę, że aż tak wiele się nie zmieni. Są pewne problemy, które zawsze zostaną. Lubimy sobie wyobrażać, że powstanie uniwersalna szczepionka na wszystkie rodzaje raka, co jest generalnie niemożliwe, ponieważ każdy nowotwór jest inny, tak jak każdy pacjent jest inny – uważa badacz.
Jednym z głównych celów współczesnej medycyny i farmakologii jest dążenie, aby leki były bardziej bezpieczne. Często dużo większym wyzwaniem niż zagwarantowanie skuteczności medykamentów jest zapewnienie ich bezpiecznego działania, braku efektów ubocznych i potencjalnych interakcji z innymi lekami. Prof. R. Musioł zauważa, że kiedyś leki były głównie pochodzenia naturalnego, następnie popularne stały się leki czysto syntetyczne, a obecnie coraz częściej stosowane są leki biologiczne, które mają znacznie większe cząsteczki – zbudowane z fragmentów białek wymagają innego podejścia w badaniach oraz stosowaniu.
– Leki biologiczne składające się z przeciwciał monoklonalnych są często stosowane w terapiach przeciwnowotworowych. Takie farmaceutyki potrafią rozróżniać w miliardach komórek chore komórki, mimo że ich receptory w porównaniu do zdrowych komórek są zmienione w naprawdę niewielkim stopniu. To powoduje, że dajemy sygnał układowi odpornościowemu, żeby taką komórkę zniszczył – wyjaśnia naukowiec.
Zdaniem prof. R. Musioła „tuning” układu odpornościowego przy pomocy specyficznych związków to najlepsze, co można zrobić, ponieważ w ten sposób uczymy organizm, jak radzić sobie z zagrożeniem, podobnie jak ma to miejsce w przypadku szczepionek. Okazuje się, że jeszcze lepszą skuteczność uzyskuje się podczas łączenia leków biologicznych z innymi rodzajami.
– Jeden lek jest przeciwciałem monoklonalnym i przyłącza się do komórki nowotworowej, natomiast drugi farmaceutyk zachowuje się jak pocisk, ładunek miotający i powoduje zniszczenie chorej komórki. Jest to terapia celowana. Chodzi o to, żeby dobrze wycelować we wroga. Pierwsze terapie przeciwnowotworowe były toksyczne i bardzo obciążające organizmy pacjentów. Teraz podczas stosowania nowoczesnych terapii można w miarę normalnie funkcjonować – mówi chemik.
Współczesna medycyna skupia się także coraz częściej na terapiach genowych, głównie w przypadku chorób jednogenowych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne. Zmieniając uszkodzony gen w człowieku, można jednym zastrzykiem wyleczyć go ze śmiertelnej choroby. Prof. R. Musioł zwraca jednak uwagę, że chorób jednogenowych jest bardzo mało.
– W przypadku chorób wielogenowych nie da się tak łatwo „naprawić” człowieka. Poszczególne geny mogą odpowiadać za wiele różnych rzeczy: z jednej strony za efekt chorobowy, a z drugiej za pożyteczne cechy. W dodatku pojawiają się tutaj kwestie etyczne związane z poprawianiem człowieka – mówi naukowiec.
Leki dla… starodruków
Prof. R. Musioł bada również substancje przeciwgrzybiczne i przeciwbakteryjne w zastosowaniu do księgozbiorów. Współpracuje w tym zakresie z dr Agnieszką Bangrowską z Wydziału Humanistycznego Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, która zajmuje się problemem zabezpieczania zbiorów literackich, w tym starodruków. Badacze wspólnie opracowali preparaty, które można stosować do ochrony księgozbiorów czy dokumentów. Okazuje się, że papier tak samo jak człowiek może chorować na grzybicę. Co więcej, niektóre z grzybów są również szkodliwe dla ludzi. Spora część pracowników różnych archiwów czy bibliotek ma chroniczny kaszel, astmę i inne dolegliwości zdrowotne.
Istnieją różne substancje grzybobójcze, których można używać do drewna. Pierwotnie naukowcy wpadli na pomysł, żeby zastosować je także do starodruków, jednak niektóre ze środków się nie sprawdzają – w przypadku drewna nie ma większego znaczenia, jeśli zmieni kolor, natomiast książki mają swoje wymagania.
– Stąd pojawił się pomysł, że skoro potrafimy projektować skuteczne leki dla ludzi, to spróbujmy zaprojektować je też dla książek, wykorzystując te same mechanizmy, traktując książkę jak człowieka, z jej specyficznymi wymaganiami – mówi prof. R. Musioł.
Naukowcy aktualnie próbują pozyskać środki finansowe, które pozwolą na dalsze prowadzenie badań. Udało im się zainteresować projektem Muzeum Śląskie i Archiwum Państwowe w Katowicach, co pozwoli na dodatkowe wsparcie i materiały do badań.
– Osobiście bardzo podoba mi się ten pomysł, ponieważ jest przewrotny. Traktujemy książkę jak człowieka. Naszym celem jest wymyślić, jaka substancja będzie działać i nie zaszkodzi książkom. Myślę, że to nam się uda – mówi chemik.
Prof. dr hab. Robert Musioł pracuje w Instytucie Chemii Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Naukowiec znalazł się w rankingu World’s TOP 2% Scientists 2022, przygotowanym przez Uniwersytet Stanforda we współpracy z wydawnictwem Elsevier i firmą SciTech Strategies. Został sklasyfikowany w zestawieniu dorobku naukowego od początku kariery (do końca 2022 roku) i w zestawieniu najczęściej cytowanych naukowców z ostatniego roku kalendarzowego.
Prof. dr hab. Robert Musioł | fot. archiwum prywatne