(Pro)Lek na raka. Badacze z Wrocławia opracowali nową metodę leczenia

Biomarkery nowotworowe, zwane inaczej znacznikami nowotworowymi to substancje, których stężenie u pacjenta z nowotworem złośliwym znacznie przekracza normy występowania u zdrowego człowieka. Mogą to być zarówno białka i hormony, jak i enzymy czy małocząsteczkowe związki chemiczne.

Substancje te można badać z krwi, moczu oraz z wycinków tkanek. Wytwarzają je komórki nowotworowe, ale także te zdrowe, które reagują na rozwijającą się w ciele człowieka chorobę. Wysokie stężenie biomarkerów w organizmie nie zawsze jednak musi oznaczać wystąpienie nowotworu.

Wystarczy bowiem, że enzym, który wykrywają znaczniki jest jeszcze w tzw. proformie, czyli nie uzyskał aktywności katalitycznej i nie doszło do choroby nowotworowej lub w sytuacji odwrotnej – gdy nowotworu już nie ma, bo jego komórki zostały zdegradowane.

Proteomika, zajmująca się badaniem struktury i funkcji białek oraz występujących między nimi zależności, pozwala bowiem określić, ile enzymów nowotworowych występuje w próbce pobranej od pacjenta, nie mówi jednak o tym, jak bardzo są one aktywne.

Zespół prof. Marcina Poręby z Katedry Chemii Biologicznej i Bioobrazowania na Wydziale Chemicznym PWr zajmie się opracowaniem nowej metody analizy biomarkerów nowotworowych, a następnie opracowaniem proleku, czyli cząsteczki, która znajdzie i zniszczy wyłącznie komórki nowotworowe.

Nowatorska metoda, jedyny sprzęt w Polsce

Nowatorska metoda, nad którą pracuje zespół pod kierunkiem prof. Poręby, ma na celu analizę pojedynczych komórek nowotworowych w kontekście aktywności poszczególnych enzymów – proteaz oraz kineaz białkowych. Te dwie główne grupy enzymów uczestniczą we wszystkich procesach komórkowych i w zależności od sytuacji (biologicznego kontekstu) pełnią w komórce rolę pro-nowotworową lub anty-nowotworową.

Do tej pory do badania proteaz wykorzystywano markery chemiczne zawierające znaczniki fluorescencyjne, gdzie jeden kolor widma był przyporządkowany jednemu enzymowi. Nie jest to jednak precyzyjna metoda, bowiem przy większej liczbie barw, widma emisji nakładają się na siebie.

Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej w swoim badaniu posłużą się więc cytometrem masowym. Jest to obecnie najnowocześniejsze urządzeniem do analizy i diagnostyki próbek komórkowych i zaawansowanej proteomiki. W całej Polsce jest tylko jednej egzemplarz, właśnie na wrocławskiej uczelni.

– Doskonałość cytometrii masowej polega na tym, że każdy izotop metalu ma swój własny pik na widmie masowym, a to eliminuje problem nakładania się sygnałów i do tego pozwala na jednoczesne monitorowanie ponad 50 parametrów na poziomie pojedynczych komórek – mówi prof. Politechniki Wrocławskiej, dr hab. inż. Poręba.

Rozwiązanie bezpieczne dla pacjentów

W pierwszym etapie naukowcy stworzą więc markery chemiczne wyposażone w izotopy metali (markery TOF) i przypiszą je – w możliwie jak najliczniejszej reprezentacji – enzymom z grupy proteaz oraz kinaz białkowych.

Później użyją ich na komórkach rakowych pobranych od pacjentek z nowotworami piersi, aby w ten sposób zbadać ich specyfikę w różnych układach biologicznych, w różnych przypadkach i stadiach choroby.

– Dzięki cytometrii masowej poznamy rozkład aktywności tych enzymów i zestawimy te informacje z obrazem klinicznym choroby, czyli szczegółowymi informacjami od lekarzy, np. na temat branych przez nich pod uwagę markerów czy możliwości terapii hormonalnej – tłumaczy prof. Poręba. – Tak opracujemy swoisty „odcisk palca komórek nowotworowych”, a to pozwoli nam przejść do kolejnego etapu naszego projektu.

W dalszym kroku badacze opracują koniugaty przeciwciało-lek, czyli połączenia, które aktywują się pod wpływem wybranych enzymów. Badacze zaprogramują je – przy użyciu specjalnie opracowanego do tego celu „linkera” – tak, by działały one wyłącznie w kontakcie z czynnymi enzymami znajdującymi się w komórkach nowotworu. W ten sposób lek zostanie uwolniony tylko w komórkach zajętych chorobą i tylko je zniszczy.

– Jeśli taki prolek dotrze do zdrowej komórki, nie będzie w niej enzymu, który mógłby przeciąć ten „linker”, a tym samym wypuścić lek. Taka komórka będzie więc bezpieczna – podkreśla prof. Poręba.

W ten sposób zespół wrocławskich naukowców rozwiązał problem toksyczności, jaką wykazywały podczas badań klinicznych opracowane dotąd koniugaty przeciwciało-lek i w efekcie czego nie były one dotychczas dopuszczone do obrotu.

Ostatni etap

Trzeci etap badań to wszczepianie komórek nowotworowych myszom i obserwowanie rozwoju choroby poprzez zastosowanie opracowanych przez zespół badaczy z Wrocławia markerów typu TOF oraz rezonansu magnetycznego. Przeprowadzą je naukowcy ze Słowenii, którzy są partnerami w tym projekcie i którzy na ten cel dostali grant ze słoweńskiej agencji naukowej (w przeliczeniu prawie 1,5 mln zł).

– Chcemy w ten sposób monitorować efektywność terapeutyczną koniugatów przeciwciało-lek, które opracujemy – tłumaczy prof. Poręba. – Nasze markery zawierają metale, a zatem idealnie nadadzą się do wizualizacji nowotworu w badaniach rezonansem – dodaje.

Szczegółowa analiza biomarkerów nowotworowych – jak podkreśla naukowiec z Wrocławia –pozwoli lepiej zrozumieć ich rolę w tej chorobie, co jest kluczowe dla walki z rakiem.

Badania te są szczególnie istotne, biorąc pod uwagę fakt, że liczba zachorowań na nowotwory złośliwe rośnie z każdą dekadą. Według danych WHO, najbardziej powszechnym dziś nowotworem jest rak piersi. Szacunkowo co roku tę chorobę zapada 1,7 miliona kobiet na całym świecie.

Badania wrocławskiego zespołu pod kierunkiem prof. Poręby są możliwe dzięki 2,5-milionowemu grantowi z Narodowego Centrum Nauki w ramach programu Opus + Lap. Projekt rozpocznie się w styczniu 2022 r. i potrwa cztery lata.