Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Ocena potencjału przeciwnowotworowego nowych heterocyklicznych analogów syntetycznych na ba
To temat pracy habilitacyjnej dr Katarzyny Gach-Janczak z Zakładu Chemii Biomolekularnej Wydziału Lekarskiego, Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Zajmuje się ona badaniem aktywności przeciwnowotworowej nowych syntetycznych związków, bazujących na budowie substancji występujących w przyrodzie. Pani Katarzyna została laureatką 16. edycji konkursu L’Oréal Polska Dla Kobiet i Nauki, wyłaniającego najzdolniejsze badaczki w kraju. Stypendystka programu zgodziła się udzielić nam obszernego wywiadu na temat swoich badań... i nie tylko.

 

Skąd w ogóle wzięło się zainteresowanie takim tematem? 

Tematyka moich zainteresowań naukowych zmieniała się kilkakrotnie od kiedy zaczęłam moją przygodę z nauką. W czasie studiów farmaceutycznych zafascynowała mnie zwłaszcza farmakologia, czyli nauka o mechanizmach i skutkach działania leków w organizmie, a w szczególności to, co dzieje się z lekami na poziomie komórkowym. Podczas ostatnich lat studiów zostałam członkiem koła naukowego biologii molekularnej. Również moją pracę magisterską pisałam z biologii molekularnej. Zajmowałam się wtedy badaniem ekspresji genu oporności wielolekowej MDR (ang. multidrug resistance) w przewlekłej białaczce limfatycznej. Kodowana przez ten gen glikoproteina P odpowiedzialna jest za wypompowywanie leków (również tych o działaniu przeciwnowotworowym) na zewnątrz komórki, przez co utrudnione jest ich skuteczne działanie.

Po studiach farmaceutycznych trafiłam do zespołu kierowanego przez prof. Annę Janecką, zajmującego się poszukiwaniem nowych środków przeciwbólowych opartych na strukturze endogennych peptydów opioidowych. Tematyka moich badań zupełnie uległa zmianie. Zarówno podczas realizacji pracy doktorskiej, jak i na stażu podoktoranckim na Uniwersytecie w Rouen we Francji zajmowałam się syntezą oraz badaniem właściwości biologicznych nowych związków o budowie peptydowej.

Po powrocie do Polski zaangażowałam się w nowy projekt. Zakład Chemii Biomolekularnej, gdzie pracuję, od kilku lat współpracuje z Instytutem Chemii Organicznej Politechniki Łódzkiej, w którym syntetyzowane są związki heterocykliczne oparte na budowie substancji występujących w przyrodzie o potencjalnej aktywności przeciwnowotworowej. Ponieważ już od czasów studenckich interesowało  mnie działanie różnych substancji na poziomie komórkowym postanowiłam zająć się badaniem molekularnych mechanizmów działania tych nowych związków, wykorzystując nowoczesne metody biologii molekularnej.

 

Jakie substancje występujące w przyrodzie będą podlegały badaniom?

Związki, którymi zajmuję się w mojej pracy badawczej to związki syntetyczne, których struktura wzorowana jest na budowie substancji naturalnie występujących w przyrodzie, głównie pochodzenia roślinnego. Ich cechą charakterystyczną jest to, że posiadają w swojej strukturze grupę egzo-metylenową sprzężoną z karbonylem. Najbardziej rozpowszechnioną grupą związków z takim ugrupowaniem są α-metyleno-γ-laktony. Związki takie występują licznie w liściach i kwiatach roślin z rodziny Asteraceae (Compositae) i charakteryzują się różnorodnymi właściwościami biologicznymi. Najbardziej znanym i najszerzej badanym przedstawicielem tej grupy związków jest partenolid, wyizolowany z liści Złocienia maruna (Tanacetum parthenium). Pozytywne biologiczne efekty jego działania znane są już od Starożytności. Wyciąg ze złocienia był bowiem stosowany jako substancja przeciwbólowa i przeciwmigrenowa. Partenolid wykazuje również działanie przeciwzapalne, antybakteryjne, antywirusowe i przeciwgrzybiczne. Jednak największe nadzieje budzi jego aktywność przeciwnowotworowa. Eksperymenty prowadzone na wielu ludzkich nowotworowych liniach komórkowych oraz na zwierzętach doświadczalnych dostarczyły przekonujących dowodów na przeciwnowotworowe działanie tego związku.

Częstym problemem w przypadku substancji o potencjalnym działaniu przeciwnowotworowym izolowanych z roślin, jest ich niska biodostępność, słaba rozpuszczalność w wodzie lub też brak selektywności w stosunku do komórek nowotworowych. Synteza chemiczna stwarza możliwość dokonania modyfikacji strukturalnej związków naturalnych i poprawienia ich właściwości.

Badane przeze mnie związki, tak jak partenolid, zawierają w swojej strukturze grupę egzo-metylenową sprzężoną z karbonylem, która niezbędna jest do ich aktywności biologicznej. Jednak cząsteczki tych związków są modyfikowane np. przez wprowadzenie dodatkowych pierścieni lub dodatkowych podstawników. Mamy nadzieję, że takie modyfikacje doprowadzą do otrzymania związków o podwyższonej aktywności biologicznej i zmniejszonej toksyczności w stosunku do zdrowych komórek, maksymalizując w ten sposób ich potencjał terapeutyczny.

 

Co jest największym wyzwaniem dla Pani w badaniach molekularnych mechanizmów odpowiedzialnych za zahamowanie podziałów i śmierć komórek nowotworowych?

W moim projekcie - wykorzystując różne nowotworowe linie komórkowe - sprawdzam, czy nowe związki zawierające w swojej strukturze grupę egzo-metylenową sprzężoną z karbonylem niszczą komórki nowotworowe. Przy użyciu technik biologii molekularnej oraz cytometrii przepływowej staram się odkryć molekularne mechanizmy odpowiedzialne za ich cytotoksyczne działanie. Moje badania wykazały, że mechanizm działania nowych analogów jest złożony - aktywują one różne ścieżki sygnałowe w komórce, m.in. indukują stres oksydacyjny, powodują uszkodzenia DNA, zaburzają pracę mitochondriów, co w konsekwencji prowadzi do śmierci komórki nowotworowej, czyli apoptozy.

Istotnym problemem w przypadku wielu związków przeciwnowotworowych jest ich duża toksyczność w stosunku do komórek prawidłowych. Dlatego oprócz badania wpływu nowych związków na komórki nowotworowe, bardzo ważnym aspektem moich badań jest również ocena ich działania na komórki zdrowe, niezmienione nowotworowo. Byłoby idealnie, gdyby nowe związki były selektywne i niszczyły tylko komórki nowotworowe, oszczędzając komórki zdrowe. Niektóre z badanych przeze mnie związków działają znacznie silniej cytotoksycznie na komórki nowotworowe niż na komórki prawidłowe, jednak ta różnica nadal nie jest zadawalająca. 

Mam nadzieję, że dalsze badania mechanizmów działania, zwłaszcza tych związków, które charakteryzują się największą selektywnością w stosunku do komórek nowotworowych, pozwolą w przyszłości tak projektować nowe cząsteczki, aby działały one wybiórczo na komórki nowotworowe.

 

Z czego wynika wysoka lekooporność w terapiach antynowotworowych i czy w efekcie badania realnym jest stworzenie nowego, skutecznego leku/nowej terapii łączonej?

Jedną z głównych trudności w leczeniu nowotworów jest wrodzona lub rozwijająca się w trakcie terapii oporność komórek nowotworowych na zastosowane leki. Komórki nowotworowe charakteryzuje szereg unikatowych cech, które mogą przyczyniać się do rozwoju lekooporności jak np. zmieniony metabolizm, zmienione powinowactwo enzymów docelowych dla cytostatyków, nasilone procesy naprawcze uszkodzonego DNA czy zdolność komórek nowotworowych do unikania programowanej śmierci, czyli apoptozy. Lekooporność może wynikać również z obecności w komórkach nowotworowych białek transportowych, które usuwają cytostatyki z komórek, przez co niemożliwe jest osiągniecie w nich stężenia terapeutycznego. Wiele z wymienionych wyżej mechanizmów lekooporności może zostać uruchamianych pod wpływem zastosowanej chemio- bądź radioterapii.

Konieczne stało się zatem poszukiwanie nowych strategii terapeutycznych pozwalających pokonać lekooporność. Obecnie coraz większe nadzieje pokłada się w zastosowaniu terapii skojarzonej, opartej na łączeniu różnych typów terapii, np. chemioterapii z radioterapią lub jednoczesnym podawaniu co najmniej dwóch związków o różnych mechanizmach działania. Taka łączona terapia, w której stosuje się związki o różnych punktach uchwytu w komórce, znacznie zwiększa skuteczność leczenia oraz zmniejsza działania niepożądane, ale przede wszystkim zmniejsza ryzyko rozwoju lekooporności.

Ważną rolę w rozwoju lekooporności odgrywa czynnik transkrypcyjny NF-κB (ang. nuclear factor κB), który reguluje ekspresję ważnych genów odpowiedzialnych za procesy proliferacji i różnicowania komórek, adhezję komórek, procesy zapalne i apoptozę. W wielu typach nowotworów stwierdza się konstytutywną aktywność NF-κB. Dodatkowo do jego aktywacji może dochodzić również pod wpływam stosowanych leków przeciwnowotworowych.

Jednym z mechanizmów działania badanych przeze mnie związków jest hamowanie aktywności czynnika transkrypcyjnego NF-κB. Badane analogi hamując aktywność NF-κB oraz wpływając na różne ścieżki sygnałowe w komórce mogą kierować komórki nowotworowe na drogę apoptozy bądź uwrażliwiać je na działanie chemio- i radioterapii.

Moje badania wykazały, że nowe analogi zwiększają wrażliwość komórek raka piersi MCF-7 na działanie znanych leków przeciwnowotworowych, takich jak 5-fluorouracyl czy oksaliplatyna oraz uwrażliwiają komórki raka wątroby HepG2 na działanie promieniowania jonizującego.

Zastosowanie badanych przeze mnie związków w połączeniu ze znanymi lekami przeciwnowotworowymi wydaje się bardzo obiecującym podejściem, które może pomoc w pokonaniu lekooporności.

 

Co w ramach prowadzonych badań zostało już do tej pory zrobione,  co jeszcze przed Panią i kiedy możemy spodziewać się zakończenia prac?

Badania prowadzę w warunkach in vitro na różnych nowotworowych liniach komórkowych, m.in. raka piersi, białaczki promielocytowej i raka wątroby. Wiele z badanych przeze mnie związków wykazuje duży potencjał przeciwnowotworowy. Dodatkowo związki te nasilają  cytotoksyczne działanie znanych chemioterapeutyków (5-fluorouracyl i oksaliplatyna), jak i promieniowania jonizującego. Jednak warunki in vitro nie są wiernym odzwierciedleniem tego, co dzieje się w żywym organizmie. Konieczne jest zatem sprawdzenia działania tych nowych związków na modelach zwierzęcych.

Na tym etapie moje badania mają przede wszystkim charakter poznawczy (akademicki). Dostarczają wiedzy na temat zależności pomiędzy strukturą a aktywnością przeciwnowotworową syntetycznych związków heterocyklicznych zawierających grupę egzo-metylenową sprzężoną z karbonylem. Dzięki temu wiemy, które modyfikacje są korzystne, co w przyszłości może pomóc w projektowaniu kolejnych analogów o lepszych właściwościach farmakologicznych i większej selektywności w stosunku do komórek nowotworowych.

Jednak w dalszej perspektywie moje badania mogą prowadzić do znalezienia nowego związku o dużej aktywności przeciwnowotworowej lub opracowania nowej przeciwnowotworowej terapii skojarzonej, w której proste syntetyczne związki zastosowane zostaną jako czynniki uwrażliwiające komórki nowotworowe na chemio- i radioterapię. Projekt może mieć zatem wymierny aspekt praktyczny i wnosić istotny wkład w rozwój medycyny.

 

W jaki sposób program L’Oreal Polska Dla Kobiet i Nauki pomoże Pani w dokończeniu pracy habilitacyjnej?  

Przede wszystkim daje ogromną motywację do dalszej pracy. Stypendium, które dostają młode badaczki potwierdza jak ważne są prowadzone przez nie badania, pozwala uwierzyć w siebie i utwierdza w przekonaniu, że kobiety też mogą osiągnąć sukces naukowy. Jednak żeby w pełni skupić się na pracy i aby mogła ona przebiegać efektywnie konieczne jest poczucie stabilizacji, również finansowej, którą ten Program zapewnia.

 

Czy kobieta w laboratorium ma trudniej niż mężczyzna? Często mówi się o przypisywaniu osiągnięć kobiet mężczyznom i o innych, kulturowych formach umniejszania roli kobiet w nauce…

Od najdawniejszych czasów kobiety wnosiły ogromny wkład w rozwój nauki, jednak ich udział nie był/często nadal nie jest należycie doceniany. Myślę, że sytuacja ta zmienia się, ale zmiany zachodzą powoli. W dziedzinie nauk przyrodniczych i nauk o życiu na studia przychodzi znacznie więcej kobiet niż mężczyzn. Oczywiście wiele kobiet dostaje się na studia doktoranckie i uzyskuje stopień doktora, ale tylko części z nich dalej jest w stanie kontynuować karierę i uzyskać tytuł profesorski. Im wyżej spojrzymy na szczeble kariery naukowej, tym ten odsetek kobiet jest mniejszy. Kobiety często same rezygnują z kariery naukowej, jeszcze zanim ta na dobre się rozpocznie. Praca naukowa wymaga poświęcenia i ogromnego nakładu czasu. Kobiety mają znacznie więcej obowiązków rodzinnych i domowych niż mężczyźni, często trudno jest im pogodzić rolę badacza, żony i matki. Oczywiście jest to możliwe, ale wymaga determinacji i wsparcia ze strony partnerów, rodziny i przełożonych.

Kiedy myślimy o kobiecie-naukowcu - to np. doktorantka, laborantka, techniczka, a rzadko przychodzi nam na myśl szef instytutu badawczego czy laboratorium. Mimo, że coraz więcej kobiet zostaje kierownikami zespołów badawczych i zajmuje prestiżowe stanowiska w nauce, nadal zarezerwowane są one głównie dla mężczyzn.

Moim zdaniem sytuacja ma się znacznie lepiej w przypadku młodych kobiet, które dopiero rozpoczynają karierę naukową – studentek, doktorantek. One często potrafią sprzeciwić się stereotypom, mają siłę i odwagę brać sprawy w swoje ręce. W ich rozwoju bardzo ważne jest stawianie im dobrych przykładów, promowanie osiągnięć badawczych bardziej doświadczonych koleżanek, gdyż to utwierdza w przekonaniu, że kobiety też mogą osiągnąć sukces naukowy.

 

A jak wygląda Pani codzienność jako młodej kobiety-naukowca?

Praca naukowa wymaga dużo czasu i poświęcenia. To nie jest praca od godziny 8 do 16, która ogranicza się wyłącznie do wykonywania doświadczeń w laboratorium i kończy wraz ze zdjęciem białego fartucha i opuszczeniem Zakładu. Mi często zdarza się pracować w weekendy, dni wolne i w późnych godzinach wieczornych. Nawet jeśli nie jestem wtedy w laboratorium, pracuję w domu. Planowanie eksperymentów, śledzenie najnowszej literatury, pisanie publikacji i grantów, żeby zdobyć fundusze na nowe projekty często wiąże się z godzinami spędzonymi przed monitorem komputera.

Moja praca wymaga ogromnej determinacji, cierpliwości i odporności na porażki. Nie wszystko, co sobie zaplanuję zawsze od razu się udaje - czasami wyniki badań są zupełnie inne niż te oczekiwane. Oczywiście nie wolno się wtedy załamywać. Trzeba obrać inną strategię działania, być otwartym na nowe projekty.

 

Ale przychodzi też taki czas, kiedy można zdjąć biały fartuch...

Całe szczęście! Praca naukowa jest bardzo ważną częścią mojego życia, pozwala mi się realizować i daje mi dużo satysfakcji. Mogę powiedzieć, że „laboratorium to moje miejsce”. Jednak życie to nie tylko praca, czasem trzeba o niej zapomnieć, żeby nabrać sił do działania. W wolnym czasie uwielbiam podróżować, kocham góry i przyrodę. Moje pasje dzielę z mężem, wspólnie uprawiamy turystykę rowerową, trekking i fotografujemy.

W życiu bardzo ważna jest dla mnie rodzina. Od kilkunastu miesięcy jestem szczęśliwą mężatką, a za półtora miesiąca spodziewam się narodzin mojej córeczki. Ten rok będzie dla mnie wyjątkowy. Myślę, że moje życie całkowicie się zmieni i będzie to zupełnie nowe doświadczenie. Mam jednak nadzieję, że uda mi się pogodzić rolę żony, mamy i naukowca.

 

Pani Katarzynie serdecznie dziękujemy za poświęcony nam czas, życzymy dalszych sukcesów tak w życiu prywatnym, jak i zawodowym, a wytrwałych czytelników zapraszamy na koniec do obejrzenia krótkiego materiału filmowego z naszą rozmówczynią w roli głównej!

KOMENTARZE
news

<Marzec 2017>

pnwtśrczptsbnd
28
BEZPIECZNY I NOWOCZESNY BLOK OPERACYJNY
2017-02-28 do 2017-02-28
4
NGS w badaniach regulacji genów
2017-03-04 do 2017-03-05
5
6
7
8
9
11
12
13
15
16
18
19
20
23
Kosmetyki naturalne
2017-03-23 do 2017-03-23
24
Filogenetyka molekularna
2017-03-24 do 2017-03-25
25
26
EDUKACYJNY KONGRES PODOLOGICZNY
2017-03-26 do 2017-03-26
29
Dobra Praktyka Pipetowania
2017-03-29 do 2017-03-29
Targi EuroLab
2017-03-29 do 2017-03-31
2
Newsletter