Fullereny w walce z nowotworami trzustki

04.03.2024

Nanotechnologia – jedna z najszybciej rozwijających się dyscyplin naukowych – zajmuje się strukturami, materiałami i urządzeniami w skali nanometrycznej, czyli na poziomie cząsteczek i pojedynczych atomów. Można ją zastosować w różnych dziedzinach życia, m.in. w medycynie, elektronice, transporcie i produkcji żywności. Szczególnie interesująca jest dla naukowców zajmujących się celowanymi terapiami przeciwnowotworowymi.

Dr inż. Maciej Serda z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach w ramach projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki opracowuje nanoterapeutyki fullerenowe do leczenia i diagnozowania nowotworów trzustki.

Nanomedycyna może być 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 skutecznego sposobu leczenia i diagnozowania nowotworów trzustki z udziałem nowych typów terapii (immunoterapie, terapie genowe oraz nanoterapeutyki).

– Nasze podstawowe działanie badawcze to próba walki z nowotworem trzustki – mówi dr inż. Maciej Serda, kierownik projektu realizowanego w ramach konkursu OPUS. Celem przedsięwzięcia jest opracowanie nowych środków teranostycznych, które jednocześnie ułatwiają terapię, jak i służą do diagnozy. Jedną z nadziei na walkę z rakiem trzustki jest zastosowanie fullerenów.

O fullerenach słów kilka
Fullereny to odmiana alotropowa węgla, która została odkryta dosyć niedawno – pierwsze badania były prowadzone w latach 80. 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 – wyjaśnia chemik z Uniwersytetu Śląskiego. – 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 – dodaje.

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. 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 badacz.

– 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 kierowany przez dr. inż. Macieja Serdę aktualnie kończy 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 – mówi badacz.

– 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 – mówi chemik z Uniwersytetu Śląskiego.

Głównym celem badań jest możliwość stworzenia leków dla ludzi. Przed naukowcami jednak jeszcze bardzo długa droga. Badania na zwierzętach to duży krok milowy, 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.