Nowy nanosekundowy generator ultrakrótkich impulsów z kontrolowanym kształtem, w tym impulsów asymetrycznych, powstał na Uniwersytecie Medycznym we Wrocławiu we współpracy z Wileńskim Uniwersytetem Technicznym im. Giedymina. Urządzenie służy do manipulacji różnymi procesami komórkowymi.
Jednym z zastosowań generatora może być przełamanie oporności lekowej w komórkach nowotworowych, co przekłada się na skuteczniejsze ich niszczenie.
Naukowcy Uniwersytetu Medycznego współtwórcami nowatorskiego generatora do elektroporacji
„Nasz generator pozwoli na badanie nowych zjawisk w dziedzinie elektroporacji w wielu parametrach. Jego unikatowość polega właśnie na możliwości takich badań przy większej liczbie zmiennych niż dotychczas. Przede wszystkim chodzi o długość i kształt impulsów elektrycznych, częstotliwość oraz ich przemienność. Nasze urządzenie pozwala wykorzystywać szerokie ich spektrum: od pojedynczych nanosekund do pojedynczych mikrosekund, również w zakresie częstotliwości megahercowych” – powiedziała prof. Julita Kulbacka, kierująca projektem ze strony Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu.
Pomysł podjęcia tego tematu wynika z wcześniejszych wieloletnich zainteresowań badawczych naukowców Katedry i Zakładu Biologii Molekularnej i Komórkowej UMW. „Jest kontynuacją doświadczeń związanych z elektroporacją, która przyniosła nowe możliwości m.in. leczenia chorób onkologicznych opornych na farmakoterapię. Niszczyć komórki nowotworowe bez leków, a jedynie samym impulsem elektrycznym? Nie jest to takie proste, ale kierunek jest obiecujący” – napisano w komunikacie.
Elektroporacja jest techniką powszechnie stosowaną w medycynie, biologii, a także przetwórstwie żywności, głównie do utrwalania świeżości produktów bez utraty ich właściwości odżywczych. „Jej początki sięgają lat 60. i wiążą się z odkryciami niemieckiego matematyka i biochemika prof. Eberharda Neumanna, który jako pierwszy zastosował pole elektryczne do transfekcji genów. Od lat 90. intensywnie rozwija ten kierunek w kontekście genoterapii i terapii przeciwnowotworowych” – powiedziała prof. Kulbacka.
Udowodniono m.in. potencjał techniki nanosekundowego impulsowego pola elektrycznego (nsPEF) w terapii czerniaka i nowotworów przewodu pokarmowego. Jest to metoda „czysto elektryczna”, która przy większych natężeniach pola elektrycznego nie wymaga stosowania dodatkowych leków. Impulsy elektryczne o odpowiednich parametrach uszkadzają błonę komórki nowotworowej i powodują jej selektywną degradację. Jednocześnie nie dochodzi do zniszczenia zdrowych komórek.
Elektroporacja, zwłaszcza ta wykorzystująca dłuższe unipolarne impulsy (mikro-, milisekundowe), znajduje od dawna zastosowanie kliniczne jako elektrochemioterapia. Wykorzystuje się ją np. w tych nowotworach, które mają charakter nieoperacyjny i na które nie działają standardowe protokoły chemioterapii. Przykładem jest rak trzustki, który pozostaje ogromnym wyzwaniem da klinicystów, bo często jest nieoperacyjny ze względu na położenie anatomiczne i równoczesną oporność lekową.
Prof. Julita Kulbacka podkreśliła jednak, że impuls impulsowi nierówny i nie zawsze chodzi o nieodwracalne zniszczenie komórek nowotworowych. W przypadku wzmocnienia działania chemioterapeutyku celem jest elektroporacja odwracalna, podczas której dochodzi do tymczasowego rozszczelnienia błony komórkowej tylko na moment podania leku. Po aplikacji błona się ponownie zamyka, a środek leczniczy zaczyna działać w zwiększonym stężeniu wewnątrz komórki. Ma to kluczowe znaczenie w sytuacjach, gdy lek nie jest w stanie sam przedostać się przez błonę komórkową lub proces ten zachodzi mało efektywnie.
Generator, opracowany przez wrocławskich i litewskich naukowców, ma szerokie możliwości w stosowaniu rożnego rodzaju impulsów, łącznie z impulsami asymetrycznymi (AnsPEF).
„Mechanizmy wywołane AnsPEF nie zostały wcześniej zbadane. Naszym celem jest poznanie mechanizmów działania metody AnsPEF na modelu komórek nowotworowych. Do tej pory nie było kompleksowej wiedzy na temat skuteczności impulsów asymetrycznych. Rezultatem naszego projektu jest nowatorska platforma do elektroporacji, umożliwiająca generowanie asymetrycznych impulsów nanosekundowych w celu poprawy transportu cząsteczek leków i genów do komórek. Pozyskaliśmy dane systemowe dotyczące nowych protokołów elektroporacji, w tym porównanie z konwencjonalnymi uni- i bipolarnymi impulsami nanosekundowymi oraz procedurami ESOPE” – powiedział prof. Kulbacka.
Dodała, że zespół opracował także zalecenia dotyczące przyszłych badań na podstawie wyników i zjawisk wykrytych w nowym zakresie elektroporacji wieloparametrycznej. „Projekt zakładał badania in vitro i te mamy już za sobą. W najbliższej przyszłości planujemy kontynuację tematu i badania na modelu in vivo, ale to już w ramach kolejnych projektów” – powiedziała badaczka.
Czy terapia prądem może w przyszłości zastąpić inne metody leczenia nowotworów, w tym uciążliwą dla pacjentów i nie zawsze skuteczną chemioterapię? Zdaniem prof. Julity Kulbackiej nie jest to możliwe w każdym typie nowotworu. „Nie da się poddać tej metodzie np. pacjentów z przerzutami rozsianymi. Ograniczeń jest więcej, ale z całą pewnością odkrywanie kolejnych możliwości terapeutycznych elektroporacji jest wciąż przed nami” – powiedziała.
Projekt w części polskiej trwał trzy lata i zakończy się w czerwcu br. W jego efekcie powstało ponad 20 publikacji naukowych, a ostatecznym rezultatem jest opracowanie urządzenia o nowych możliwościach manipulacji procesów komórkowych. Kierownikiem projektu ze strony polskiej jest dr hab. Julita Kulbacka, prof. UMW, szefowa Katedry i Zakładu Biologii Molekularnej i Komórkowej Wydziału Farmaceutycznego UMW. W zespole naukowców znalazły się dr Anna Szewczyk, dr inż. Nina Rembiałkowska, dr Dagmara Baczyńska, doktorantka Zofia Łapińska z tej jednostki oraz lek. Wojciech Szlasa.
Projekt „Manipulacja oporności lekowej w komórkach nowotworowych poprzez nanosekundowe, asymetryczne sekwencje impulsów” został dofinansowany przez Narodowe Centrum Nauki kwotą ponad 1 mln zł.
PBL można leczyć całkowicie poza szpitalem
Rak odbytu: aż 9 na 10 przypadków wywołuje HPV
Źródło: Nauka w Polsce
