4 lutego na całym świecie obchodzony jest Dzień Walki z Rakiem. Często słyszymy o tym, jak ważne jest wykonywanie badań profilaktycznych pozwalających wykryć rozwijającą się chorobę we wczesnym jej stadium. Wiemy również, że liczba zachorowań z roku na rok rośnie.
Naukowcy na całym świecie prowadzą intensywne badania, których celem jest opracowywanie nowych, bardziej skutecznych i bezpieczniejszych terapii przeciwnowotworowych. W tej trudnej walce z rakiem uczestniczą też naukowcy związani z Uniwersytetem Śląskim w Katowicach. Jednym z nich jest chemik dr inż. Maciej Serda, który opowiada o nadziejach związanych z nanomedycyną.
Trzy lata pracowałem w amerykańskich ośrodkach naukowych, uczestnicząc w pionierskich badaniach z zakresu chemii medycznej i nanomedycyny. Zajmowałem się głównie syntetyzowaniem pochodnych fullerenów – nanomateriałów węglowych, które miały służyć jako nośniki leków. Postanowiłem wrócić na Śląsk, gdzie wspólnie z zespołem świetnych naukowców w grupie prof. Roberta Musioła kontynuujemy badania nad tymi i innymi małocząsteczkowymi związkami chemicznymi, mającymi olbrzymi potencjał w nowych terapiach przeciwnowotworowych.
Rak trzustki, na którym szczególną uwagę koncentrują naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego, to niełatwy przeciwnik. Należy do grupy agresywnych, trudnych w leczeniu nowotworów. Często rozwija się bez żadnych objawów, a gdy pojawiają się pierwsze oznaki, zwykle jest już za późno na skuteczną terapię lekową czy chirurgiczne usunięcie zajętego organu. Głównym środkiem stosowanym w chemioterapii jest gemcytabina, która przedłuża życie osób z zaawansowaną postacią choroby zaledwie o kilka miesięcy. To głęboko niesatysfakcjonujący rezultat.
– Ten rodzaj nowotworu zwykle tworzy twardą oprawę dla swoich tkanek, dlatego stosowane substancje lecznicze po prostu nie mogą do niego dotrzeć. Tu z pomocą może przyjść nanomedycyna – mówi dr inż. Maciej Serda.
Nanomedycyna to nic innego, jak badania z zakresu nanotechnologii wykorzystywane w medycynie. Nanocząstki mieszczą się w przedziale od 1 do 100 nm, stanowiąc milionową część milimetra (1 nm =10-9 m). Dla porównania przeciętna bakteria jest tysiąc razy większa (jej rozmiar wacha się zwykle od 1 µm do 10 µm), a ziarnko piasku może być większe nawet sto tysięcy razy.
Rozmiar cząstki ma kluczowe znaczenie. Guz nowotworowy zwykle rozrasta się bardzo szybko. Jego tkanka wykazuje specyficzne właściwości metaboliczne i fizjologiczne. Jednym z jej elementów są rozrastające się w sposób chaotyczny naczynia. W wyniku tego procesu pojawiają się otwory, a ich średnica może się wahać w granicach od 100 do 1000 nm.
– Taka tkanka nowotworowa guza jest więc w pewnym sensie „dziurawa”. Jej zwiększona przepuszczalność naczyniowa to tzw. efekt EPR (ang. enhanced permeability and retention effect), interesujący z punktu widzenia nanomedycyny. Odpowiednio zaprojektowane nanomateriały wraz z substancjami leczniczymi bez problemu mogą bowiem przedostawać się przez ścianki tkanki guza do komórek zmienionych chorobowo i je niszczyć – wyjaśnia naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego.
Choć w teorii wszystko wydaje się proste, praktyka odsłania długą i kosztowną drogę do zaproponowania nowych, skutecznych leków i terapii przeciwnowotworowych.
– Dyscypliną naukową reprezentowaną przez nasz zespół jest chemia medyczna. Takimi Himalajami prestiżu naukowego są dla nas związki chemiczne charakteryzujące się dwiema cechami – wysoką aktywnością biologiczną i selektywnością. Innymi słowy muszą działać tak, jak chcemy w precyzyjnie określonym miejscu żywego organizmu– mówi dr inż. Maciej Serda.
W efekcie można by zaproponować substancję leczniczą działającą wyłącznie na komórki nowotworowe i podawaną w niewielkich, nanomolowych, a więc bezpieczniejszych dawkach.
– Tego właśnie szukamy – dodaje naukowiec.
Aby zaprojektować taki związek, chemicy posiłkują się algorytmami i obszernymi bazami danych zawierającymi biliony możliwych połączeń pierwiastków. Na tej podstawie można wstępnie wyselekcjonować związki interesujące pod względem wyznaczonego celu molekularnego i uzyskać informacje na temat optymalnego szlaku ich syntezy. Kolejny krok to synteza organiczna związków chemicznych o największym potencjale, wykonywana w uniwersyteckich laboratoriach. Następnie rozpoczyna się etap testów biologicznych – in vitro, testowanych na komórkach nowotworowych oraz in vivo – na organizmach żywych.
– Między innymi dzięki staraniom dr hab. Anny Mrozek-Wilczkiewicz mamy do dyspozycji świetnie wyposażone laboratorium do wykonywania analiz z zakresu biologii molekularnej. Możemy badać na przykład toksyczność syntezowanych związków, co ma kluczowe znaczenie przy opracowywaniu substancji do celów medycznych. Ściśle współpracuję również z prof. Jarosławem Polańskim, prof. Robertem Musiołem, a także z dr Katarzyną Malarz – podkreśla naukowiec.
– Dysponujemy również własnym bakiem komórek nowotworowych, na których prowadzić możemy badania in vitro i obserwować skuteczność syntezowanych przez nas związków na poziomie komórkowym – dodaje. Część linii komórkowych sprowadzana jest do naszego zespołu ze Stanów Zjednoczonych, bezpośrednio z Narodowego Instytutu Raka (NCI). Dodatkowo dr inż. Maciej Serda odbył dwa długoterminowe staże podoktorskie w USA na Uniwersytecie Chicagowskim (w grupie prof. Viresha Rawala) oraz na Uniwersytecie Rice’a (w grupie prof. Lona J. Wilsona). Kontynuowana jest także ścisła współpraca z Uniwersytetem Jagiellońskim, gdzie prowadzone są badania na modelach zwierzęcych.
Obecnie moje najbardziej zaawansowane badania dotyczą rozpuszczalnych w wodzie pochodnych fullerenów. Są to alotropowe odmiany węgla stanowiące nie tylko interesujący nośnik substancji leczniczych, lecz również mogące oddziaływać z celami biologicznymi. Naświetlone wiązką o odpowiedniej długości fali, uwalniają reaktywne formy tlenu, które zabijają komórki nowotworowe, nie uszkadzając przy tym komórek zdrowych. Do tego dobrze rozpuszczają się w wodzie, co ma kluczowe znaczenie w kontekście leków.
– Znalazłem dla siebie badawczą niszę. To kolejne ciekawe związki, którym przyglądam się od kilku lat. Łącząc siły w interdyscyplinarnym podejściu do projektowania funkcjonalnych nanomateriałów, mamy większe szanse na zaproponowanie i opatentowanie skutecznego związku chemicznego dla terapii takich chorób, jak rak trzustki, skóry czy piersi – mówi chemik.
– Aktywnie włączamy się tym samym w światowy wyścig walki z nowotworami – podsumowuje.
Dr inż. Maciej Serda jest kierownikiem projektu pn. „Nowe glikofullereny dla terapii przeciwnowotworowych” finansowanego w konkursie SONATA przez Narodowe Centrum Nauki.
Małgorzata Kłoskowicz | Sekcja Prasowa UŚ
