Online Welcome Week dla studentów zagranicznych

25 września 2020

 

Źródło: www.uw.edu.pl

---

Dwa leki podane razem efektywniej niszczą komórki nowotworowe

Naukowcy z Narodowego Instytutu Leków i Uniwersytetu Warszawskiego odkryli, że jednoczesne podanie dwóch substancji organicznych stosowanych w terapiach onkologicznych skutkuje szybszym zmniejszaniem się guza nowotworowego, przy czym zauważono mniejszy negatywny wpływ leków na komórki zdrowe. Zaobserwowano też inny efekt synergiczny – w tkankach nowotworu złośliwego uzyskiwane jest wyższe stężenie substancji niszczącej komórkę i substancje te są wolniej degradowane przez enzymy komórkowe.

Odkrycia dokonała para naukowców – dr hab. Katarzyna Wiktorska, profesor Narodowego Instytutu Leków i dr hab. Maciej Mazur, profesor Uniwersytetu Warszawskiego z Wydziału Chemii. Jest ono wynikiem szeroko zakrojonych prac badawczych i eksperymentów, które NIL i UW prowadzą wspólnie od 10 lat.

 

Obiecujący synergizm – prawie 2-krotnie lepsza odpowiedź guza nowotworu złośliwego

Odkrycie dotyczy synergii działania doksorubicyny i sulforafanu. Doskorubicyna jest antybiotykiem powszechnie stosowanym w terapiach przeciwnowotworowych. Sulforafan to substancja pochodzenia roślinnego, występująca przede wszystkim w roślinach krzyżowych (kapustowcach) i ich kiełkach, m.in. w brukselce, kapuście, brokułach, kalafiorze, kalarepie, jak również w jarmużu, rzepie czy rzodkwi. Naukowcy odkryli, że równoczesne podanie obu tych substancji powoduje blisko dwukrotnie większe zmniejszenie guza nowotworowego w porównaniu do sytuacji, gdy każda z substancji zostanie podana oddzielnie.

Badania przeprowadzono w warunkach in vitro – wykorzystując tkanki nowotworowe i tkanki zdrowe, a także in vivo – na myszach z wszczepionym jednym z najbardziej złośliwych nowotworów piersi, trójnegatywnym rakiem sutka, na którego jak na razie nie ma w pełni skutecznej terapii.

 

Pomocna nanotechnologia

W badaniach kluczowe było wykorzystanie nanotechnologii – doksorubicynę i sulforafan podawano w roztworze wodnym w liposomach, czyli dwuwarstwowych pęcherzykach fosfolipidowych o średnicy 80 nanometrów.

„Jak wiadomo, tkanki nowotworu w porównaniu do zdrowych cechują się nieco inną budową naczyń krwionośnych. Szybko namnażające się komórki nowotworowe mają duże zapotrzebowanie na składniki odżywcze – otaczające je naczynia krwionośne bywają porowate, a ich ściany mają większą przepuszczalność. Stosując odpowiedni rozmiar liposomów, możemy więc selektywnie skierować do komórek rakowych większe ilości leków, jednocześnie ograniczając ich dotarcie do tkanek zdrowych, gdzie naczynia krwionośne z trudem przepuszczają liposomy tej wielkości. Prowadząc badania, chcieliśmy ocenić na ile terapia, nad którą pracujemy, może być celowana i oddziaływać specyficznie na komórki nowotworowe. Dotychczasowe wyniki wyglądają bardzo obiecująco” – wyjaśnia Katarzyna Wiktorska, prof. Narodowego Instytutu Leków.

Podany powyżej wynik odnosi się do eksperymentu bazującego na 3 dawkach mieszaniny obu leków podawanych chorym myszom przez okres 3 tygodni. W ramach badań prowadzono także próby kontrolne – podawano pojedyncze leki w stanie wolnym oraz zamknięte w liposomach, co pozwoliło wykryć synergizm.

 

Jak wytłumaczyć większą skuteczność w zwalczaniu komórek nowotworowych?

Naukowcy odkryli, że podanie obu substancji z wykorzystaniem liposomów skutkuje większą akumulacją doksorubicyny w komórkach. Sulforafan powoduje, że zabójczy dla komórek antybiotyk jest dłużej utrzymywany w strukturach komórkowych – z prowadzonych wcześniej w zespole badań wynika bowiem, że sulforafan działa hamująco na enzymy degradujące cząsteczki doskorubicyny w komórkach nowotworu. Dzięki temu komórki te szybciej giną.

„Co jednak najciekawsze, przy zastosowaniu liposomów w komórkach zdrowych doksorubicyna nie działa tak toksycznie jak w komórkach nowotworowych. To bardzo ważne odkrycie, które pokazuje, że w przyszłości chemioterapie bazujące na doksorubicynie nie muszą być tak toksyczne i wyniszczające dla całego organizmu, za to mogą być znacznie skuteczniejsze w zabijaniu tkanek nowotworowych” – mówi prof. Maciej Mazur z Wydziału Chemii UW.

Naukowcy podkreślają, że powszechnie stosowana w chemioterapii doksorubicyna jest lekiem stosunkowo skutecznym, który jednak ma istotne efekty uboczne i niesie poważne ryzyka. Lek ten oddziałuje bezpośrednio na materiał genetyczny komórek, uniemożliwiając ich podział, przez co prowadzi do ich śmierci. Gdy lek taki nie działa selektywnie, oprócz tego, że likwiduje komórki nowotworowe, niszczy także komórki zdrowe. Wśród najbardziej niepożądanych skutków ubocznych ogólnoustrojowego stosowania doksorubicyny wymienia się uszkodzenie komórek mięśni serca oraz supresja szpiku kostnego (spowolnienie produkcji limfocytów i innych komórek krwi), w tym – zależnie od dawki – leukopenia i/lub neutropenia. Co ważne, w kuracji z wykorzystaniem doksorubicyny nie powinno się przekraczać maksymalnej dopuszczalnej dawki leku. Dlatego też trudno przecenić każdą możliwość celowanego podawania leku do komórek nowotworowych.

 

Konieczne są dalsze badania

Naukowcy przyznają, że wykorzystanie ich odkryć wymaga szeregu dalszych badań. Obecnie trwają rozmowy z potencjalnymi inwestorami – podmiotami z branży farmaceutycznej, które wstępnie są zainteresowane podjęciem współpracy na polu dalszych eksperymentów. Ze strony UW temat prowadzony jest przez Uniwersytecki Ośrodek Transferu Technologii; po stronie Narodowego Instytutu Leków czuwa nad nim InnoNIL, czyli spółka celowa wspierająca komercjalizację badań. UW i NIL zdecydowały się utworzyć pod koniec 2019 r. wspólną spółkę spin-off, OncoBoost, która będzie jednostką odpowiedzialną za komercjalizację odkrycia. Spółką kieruje prof. Wiktorska i prof. Mazur.

„Projekt ten jest już na tyle zaawansowany, że wymaga sporego dofinansowania ze strony zewnętrznego podmiotu, który w przyszłości będzie miał wpływ na wykorzystanie wyników badań w realnych terapiach. Pozyskanie takiego partnera pozwoli nam przejść wszystkie wymagane dalsze etapy, poczynając od zbadania toksyczności, potwierdzenia optymalnych stężeń obu leków dla uzyskania najlepszych efektów terapii, po fazy testów klinicznych. Zdajemy sobie sprawę, że choć dotychczasowe badania pokazują obiecujące wyniki, dalsza droga do wdrożenia nowatorskiej terapii może zająć kilka lat” – mówi dr Robert Dwiliński, dyrektor UOTT UW.

Naukowcy nie wykluczają, że skorzystają z tzw. Szybkiej Ścieżki, programu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, pozyskując w ten sposób znaczne dofinansowanie dalszych prac badawczych. Jednak również w tym wariancie wymagany jest wkład własny, który w opinii naukowców powinien pochodzić już od firmy z sektora farmaceutycznego.

 

Źródło: www.oferta.uw.edu.pl

---

Druk 3D w krystalografii – wsparcie polskiego zespołu badawczego w SOLEIL

Zespół współpracowników Prof. Krzysztofa Woźniaka z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego (UW): dr hab. Anna Makal, dr Roman Gajda, dr Marcin Stachowicz i mgr Szymon Sutuła, realizując udaną aplikację Prof. Woźniaka, przez trzy dni przeprowadzał badania, mające na celu śledzenie zmian rozkładu gęstości elektronowej w różnych cząsteczkach. Aplikacja Prof. Woźniaka została zaakceptowana do realizacji w międzynarodowym konkursie i otrzymała szansę skorzystania z jednego z najlepszych synchrotronów na świecie. Urządzenie tego typu znajduje się we Francji, pod Paryżem, w SOLEIL. Prace badawcze naukowców zostały w kryzysowym momencie wsparte przez technologię druku 3D i szybki wydruk niezbędnej części, która została stworzona w Sygnis New Technologies. Celem badań było pierwsze na świecie wyznaczenie eksperymentalnych, ilościowych rozkładów gęstości elektronowej w minerałach pod ciśnieniem.

Grupa Prof. Woźniaka z Uniwersytetu Warszawskiego regularnie przeprowadza badania w zagranicznych ośrodkach badawczych, tak zwanych „large scale facilities” w DESY (Hamburg), BESSY (Berlin), Diamond (UK), Spring8 (Japonia), APS (Chicago, USA) czy ILL (Grenoble). Tym razem przez trzy doby mogli korzystać z narzędzi krystalograficznych na synchrotronie w Soleil (Paryż). Wszystkie ich starania oraz skrupulatnie zaplanowane badania mogły zostać zniweczone przez techniczny problem z niewielkim adapterem, który nie pasował do urządzeń na stacji pomiarowej. Ze swoim problemem zwrócili się do firmy Sygnis New Technologies. Sygnis w ekspresowym tempie wydrukowało brakujący element. Dzięki procesom szybkiego prototypowania, technolodzy zaplanowali, zaprojektowali i dostarczyli niezbędny adapter.

 

Rysunek 1 Synchrotron SOLEIL
Źródło: L. Persin – CAVOK Productionction

 

Co Ci naukowcy właściwie robią?

Synchrotron w SOLEIL (Source optimisée de lumière d’énergie intermédiaire du LURE) jest źródłem promieniowania – dzięki jego konstrukcji można otrzymać promieniowanie elektromagnetyczne w szerokim zakresie: od podczerwieni do bardzo twardego promieniowania rentgenowskiego. Jego konstrukcję można sobie wyobrażać w ten sposób: elektrony poruszające się po bardzo dużym okręgu (o długości nawet kilkuset metrów) zostają rozpędzone do prędkości bliskich prędkości światła, dzięki czemu zaczynają one emitować interesujące nas promieniowanie, wykorzystywane w zbudowanych wokół okręgu stacjach pomiarowych dedykowanych do różnego typu eksperymentów. W Europie jest kilkanaście takich obiektów – różnią się pomiędzy sobą możliwą do uzyskania długością fali (wyjaśnimy sobie to za chwilę), m.in.: „Diamond” na Wyspach Brytyjskich, „PETRA” w Niemczech, „MAX IV” w Szwedzkim Lund, a także „SOLARIS” w Polsce. Natomiast, jeden z najlepszych synchrotronów na Świecie, „Advanced Photon Source”, znajduje się w Chicago, USA.

Na synchrotronie w SOLEIL można przeprowadzać szeroką gamę eksperymentów, np. spektroskopowe – czyli sprawdzanie składu materiału, oraz krystalograficzne – możemy badać strukturę wewnętrzną materiału, to w jaki sposób układają się atomy w krysztale i jak struktura zmienia się pod wpływem czynników zewnętrznych. Podgrupa eksperymentów takich, jak te przeprowadzane przez zespół badawczy z UW, nazywana krystalografią pod wysokim ciśnieniem, sprowadza się do tego, że materiały są poddawane ciśnieniu od kilku do kilkudziesięciu gigapaskali [GPa] (1 gigapaskal odpowiada 10 tysiącom atmosfer[1]). Komory ciśnieniowe użyte podczas opisywanych badań są w stanie osiągnąć kilkanaście [GPa]. Jest to ciśnienie porównywalne z tym, jakie na obiekt oddziaływałoby na dnie rowu Mariańskiego albo jeszcze głębiej w powłoce Ziemi.

Synchrotron w SOLEIL jest układem stacji badawczych, a każda z nich jest dedykowana do innego rodzaju badań, np. materiałowych. W laboratoriach na UW również znajdują się urządzenia zwane dyfraktometrami, na których można wykonywać pomiary, ale występują ograniczenia w zakresie długości możliwej do uzyskania fali. Jeśli dysponujemy, np. lampą molibdenową, długość promieniowania wynosi 0,73 Å (angstrema)[2]. Z kolei przy źródle srebrowym możemy uzyskać 0,56 angstrema. Im krótsza fala, tym większa rozdzielczość i z tym większą dokładnością możemy mierzyć interesujące nas parametry. Na Synchrotronie jest bardzo wysokoenergetyczna wiązka, która ma 30 tysięcy keV (kiloelektronowoltów), co przekłada się na 0,41 angstrema. To pozwala uzyskiwać wyniki o bardzo dużej rozdzielczości[3]. Przez analogię – przed lotem sondy kosmicznej New Horizons, astronomowie dysponowali zdjęciami Plutona, które miały 6 pikseli. Dzięki fotografiom wykonanym przez sondę, mogli zobaczyć obraz powierzchni planety w HD – to znaczy, że te zdjęcia miały już 2 miliony pikseli. Jednym słowem, dzięki wyprawie do Synchrotronu możemy zobaczyć więcej i dokładniej.

[1] „Atmosfera” – odpowiada średniemu ciśnieniu atmosferycznemu na poziomie morza na Ziemi.

[2] Jednostka długości równa 10⁻¹⁰ m. Nie jest jednostką układu SI. Służy do liczbowego wyrażania wartości bardzo małych długości, porównywalnych z rozmiarami atomów. Często stosowany w chemii i fizyce przy opisywaniu obiektów i zjawisk zachodzących w skali atomowej, gdzie posługiwanie się jednostkami układu SI wymagałoby używania ułamków (1 Å = 0,1 nm).

[3] Rozdzielczość w tym przypadku możemy interpretować jak rozdzielczość monitora. Im większa jest ta wartość, tym drobniejsze szczegóły w kontekście struktury krystalograficznej, czyli struktury cząsteczki i rozkładu gęstości elektronowej, jesteśmy w stanie zobaczyć. Pozwala to określić nie tylko gdzie znajdują się atomy, ale też jak wyglądają wiązania pomiędzy nimi.

 

Rysunek 2 Adapter drukowany w 3D
Źródło: Sygnis

 

Adapter potrzebny od zaraz

Synchrotron w SOLEIL to niezależna francuska instytucja badawcza. Zespoły z całego świata aplikują o czas pomiarowy w tym ośrodku w procedurze konkursowej.  Projekty oceniane są przez zespół niezależnych naukowców. Im bardziej innowacyjny, nowatorski i „wyzywający” projekt, tym większe ma szanse na wygraną. Prof. Woźniakowi z UW się to udało, dostał 3 dni czasu pomiarowego na jednej ze stacji badawczych – CRISTAL. Wyzwaniem dla nas było to, żeby w 72 godziny wykonać jak najwięcej eksperymentów. Liczyliśmy się z sytuacją, w której po przyjeździe na stację musielibyśmy czekać pół dnia, aż personel na stacji przygotowałby nam stosowną przejściówkę, tym bardziej, że nasz przyjazd wypadał na 9-11 listopada, czyli nie dość, że na weekend, to w dodatku w święto narodowe – wspomina dr Anna Makal.

Na synchrotronie w SOLEIL, na stacji pomiarowej CRISTAL, możliwe są pomiary rentgenograficzne pod zwiększonym ciśnieniem. Podwyższone ciśnienie uzyskiwane jest dzięki zamknięciu próbki (np. monokryształ badanej substancji) w tzw. komorze ciśnieniowej z kowadełkami diamentowymi (Diamond Anvil Cell). Wytwarzanie wysokiego ciśnienia sprowadza się do tego, że wspomnianą próbkę ściska się pomiędzy dwoma diamentami. Proces nie wpływa na temperaturę. Komora zbudowana jest w taki sposób, że istnieje możliwość jej umocowania na goniometrze znajdującym się na linii pomiarowej. Goniometr ten jednak różni się znacząco od narzędzia używanego przez zespół z UW gdzie badacze korzystają w laboratorium z tzw. dyfraktometru czterokołowego.

Komory dostępne na miejscu nie odpowiadały naszym badaczom, w związku z czym chcieli skorzystać ze swojej. Niestety, komora nie była dostosowana do tego, co mogła zaoferować stacja pomiarowa, co wymusiło użycie adaptera pomiędzy komorą badaczy, a stanowiskiem eksperymentalnym. Właśnie w tym momencie pomoc druku 3D oraz technologów z Sygnis New Technologies okazała się bezcenna. W bardzo krótkim czasie adapter niezbędny do poprawnego działania urządzeń został zaprojektowany i wydrukowany w technologii FDM. Materiałem, z którego wykonano przdmiot było PLA (polilaktyd) w kolorze złotym i srebrnym. Cała praca została wykonana z niezwykłą dokładnością – dzięki szybkiemu prototypowaniu i kilkukrotnej iteracji modelu udało się wesprzeć naukowców UW. Przy produkcji zostały wykorzystane maszyny Flashforge. Wydruk został stworzony w oparciu o plany i projekty stworzone przez Sygnis w taki sposób, żeby pasował do zaplanowanych doświadczeń. Dzięki wsparciu Sygnis , grupa badaczy mogła w pełni wykorzystać czas, jaki dostali w SOLEIL. Druk 3D pozwolił ekspresowo zaprojektować, sprototypować i dostarczyć element, którego wyprodukowanie w inny sposób w tak krótkim czasie, nie byłoby możliwe.

Ktoś nie śpi, aby spać mógł ktoś

Był to pierwszy taki wyjazd naszej grupy badawczej. Był on ważny z tego względu, że miał na celu sprawdzenie czy interesujący nas typ eksperymentu da się przeprowadzić na tej konkretnej stacji. Byłoby to wygodne z kilku względów – stacja znajduje się we Francji, a więc stosunkowo niedaleko, dojazd jest łatwy, w prosty sposób można w krótkim czasie zorganizować i przeprowadzić tam eksperyment. Podzieliliśmy się na grupy i maksymalnie wykorzystaliśmy oferowany nam czas, wyznaczając dwuosobowe zmiany 12-godzinne. Bardzo nam zależało na tym, żeby nasze próby mogły się odbyć – opisuje dr Makal.

Teraz zespół badawczy z UW jest w trakcie planowania kolejnych eksperymentów. Wyniki ostatnich badań zostały właśnie opublikowane w czasopiśmie naukowym IUCrJ pod tytułem „Experimental Charge Density of Grossular Under Pressure – a Feasibility Study”. Z wynikami eksperymentów pojawią się również na konferencjach międzynarodowych, np. konferencji Europejskiej Unii Krystalograficznej i Międzynarodowej Unii Krystalograficznej. – Pierwszy wyjazd pokazał nam, że stacja badawcza w SOLEIL spełnia nasze potrzeby. Następnym razem przejdziemy do badań konkretnych materiałów, np. granatów. Planujemy znów pojechać w cztery osoby. To najbardziej optymalny układ – dodaje dr Anna Makal.

 

Źródło(c) V. Moncorgé – Synchrotron SOLEIL

 

Patrz trochę szerzej

Doktorzy Anna Makal oraz Roman Gajda z grupy badawczej prof. Krzysztofa Woźniaka prowadzą tzw. badania podstawowe. Żeby uzmysłowić sobie znaczenie ich pracy, można przytoczyć przykład badań ciśnieniowych[4], mających na celu sprawdzenie czy dana substancja farmaceutyczna będzie się nadawała do umieszczenia w tabletkach. Tego typu testy dają również podstawy dla wytwórstwa różnego rodzaju czujników. Inny dział badań, którymi w ostatnim czasie zajmuje się dr Anna Makal, obejmuje materiały fluorescencyjne. Jej badania koncentrują się nad tym, jak emisja światła się zmieni, jeśli te substancje zostaną poddane zmiennemu ciśnieniu. W SOLEIL naukowcy zajmowali się śledzeniem przepływu ładunku, nie za pomocą interpretacji danych spektroskopowych, ale w taki sposób, by móc rozrysować dokładną mapę wędrówki elektronów. Właśnie do tego potrzebna jest wysoka rozdzielczość.

W dłuższej perspektywie, badanie przepływu elektronów wpływa na podstawy produkcji diod, elementów światłoczułych, ogniw fotowoltaicznych i odnawialnych źródeł energii. Tego typu eksperymenty, przeprowadzane m.in. przez warszawski zespół naukowców, wpływając na rozwój innowacji w Polsce, przyczyniają się do przełomów w nauce, a w efekcie końcowym do zmiany otaczającego nas świata.

[4]                     Badania ciśnieniowe sprawdzają w jaki sposób struktura materiału reaguje na ciśnienie. Tym razem były to pierwsze, udane, eksperymentalne badania zmian rozkładu gęstości elektronowej w minerale Grossular pod ciśnieniem.

 

Źródło: www.sygnis.pl

---