Pomysł zainspirowany ideą „magicznego pocisku”
Już kilkadziesiąt lat temu naukowcy wymyślili koncepcję tzw. magic bullet – czyli leku, który trafia wyłącznie w chore komórki. Polscy badacze postanowili zastosować tę ideę w praktyce. Stworzyli miniaturowe „banieczki” – kapsułki o średnicy ok. 100 nanometrów (czyli milion razy mniejsze od ziarenka piasku), które mogą transportować lek bezpośrednio do komórek nowotworowych.
Leki takie jak paklitaksel (jeden z najbardziej toksycznych, ale i skutecznych chemioterapeutyków) mają tę wadę, że są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, a przecież ludzkie ciało składa się w 70% właśnie z wody. Dzięki mikrokapsułkom staje się możliwe ich „przemycenie” tam, gdzie są potrzebne – do wnętrza komórek nowotworowych.
– opowiada dr hab. Szwed
Jak to działa?
Wyobraźmy sobie małą kulkę, której „osłonka” zbudowana jest z cząsteczek dobrze poznanego, rozpuszczalnego w wodzie surfaktanta dodecylusiarczanu sodu (SDS).
Te cząsteczki mają dwie części: hydrofilowe główki – lubiące wodę i hydrofobowe ogony – unikające wody. We właściwych warunkach (mieszanie, obecność poli-L-lizyny, odpowiednia temperatura, ) tworzą się tzw. micelle, czyli kulki, które zamykają w swoim wnętrzu leki nierozpuszczalne w wodzie – tak jak paklitaksel. Dodatkowo całość jest pokryta warstwą kwasu poli-L-glutaminowego , który czyni kapsułki bardziej „niewidzialnymi” dla układu odpornościowego. Dzięki temu mogą dłużej krążyć w organizmie i skuteczniej trafiać do celu.
Guz nowotworowy nie jest uporządkowaną strukturą biologiczną. Jest chaotyczny, z dużymi, nieregularnymi przestrzeniami międzykomórkowymi. Kapsułki, dzięki swojej wielkości, ładunkowi mają większe szanse utkwić właśnie w tym nieuporządkowanym środowisku guza
i tam powoli uwalniać lek.
– dodaje dr hab. Szwed
Komórki raka piersi człowieka (MCF-7) po 48 godzinach od dodania do hodowli in vitro badanych kapsułek (syntetyzowanych na bazie SDS i wypełnionych lekiem przeciwnowotworowym - paklitakselem o stężeniu 10 nM. Po podaniu kapsułek zanotowano wyraźny spadek liczby komórek i ograniczenie tempa ich podziału. Komórki były wybarwione znacznikiem fluorescencyjnym CyQuant.
Komórki raka piersi człowieka (MCF-7) : kontrolne (nietraktowane lekiem)
Zdjęcia wykonano podczas obserwacji mikroskopowych (mikroskop fluorescencyjny Olympus IX70, będący na wyposażeniu Katedry Biofizyki Medycznej UŁ), powiększenie 10 x 10.
Jak wyglądają te kapsułki?
Czytając o kapsułkach, wyobrażamy sobie często przezroczyste, podłużne ampułki, jak tabletki, które można połknąć. Tymczasem te kapsułki są zupełnie inne. Nie mają twardej osłonki ani nie przypominają znanych z aptek leków. Są tak małe, że nie da się ich zobaczyć gołym okiem. Lek nadal znajduje się w probówce, jako przezroczysty płyn. Kapsułki są w nim „ukryte” i pływają w zawiesinie jak mikroskopijne kulki. Choć niewidzialne, otaczają to, co najcenniejsze – lek przeciwnowotworowy, chronią go i kierują tam, gdzie jest naprawdę potrzebny.
Czy to już można stosować w szpitalach?
Nie. Obecnie wynalazek jest na etapie badań podstawowych, których wykonanie było możliwe dzięki finansowaniu ze środków Narodowego Centrum Nauki (NCN) dla zadania badawczego MINIATURA 4 . Oznacza to, że testy były prowadzone w laboratorium, na komórkach hodowanych na szalkach, poza ustrojem człowieka. Kolejny krok to:
testy na komórkach w układzie 3D (bardziej przypominającym warunki w organizmie), badania in vivo – czyli na zwierzętach, a później, być może we współpracy z firmami farmaceutycznymi , badania kliniczne na ludziach.
Droga od wynalazku do leku w aptece to co najmniej 12 lat pracy, ale już dziś wyniki są bardzo obiecujące.
– mówi dr hab. Szwed
Niewidzialna kapsułka – wielka nadzieja
Choć jeszcze nie trafia do aptek, ten wynalazek ma potencjał zmienić sposób, w jaki podajemy chemioterapię. Dzięki inteligentnym kapsułkom, lek będzie mógł trafiać prosto
do komórek nowotworowych, oszczędzając pacjentowi niepotrzebnych cierpień. To kolejny krok w stronę medycyny przyszłości – bardziej celowanej, skutecznej i bezpiecznej.
Materiał: dr hab. Marzena Szwed, Katedra Biofizyki Medycznej, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska UŁ
Radakcja: Kacper Szczepaniak, Centrum Promocji, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska UŁ