Jak wygląda droga od pomysłu na opracowanie leku do jego wdrożenia?
i dr hab. inż. Agnieszka Czylkowska, prof. PŁ
Agnieszka Czylkowska: Czasy przypadkowych odkryć leków już minęły. We współczesnym świecie projektowanie nowoczesnych substancji medycznych jest przemyślane i opiera się głównie na zależności: jednostka chorobowa − lek. Wykorzystywane do tego celu nowoczesne oprogramowanie komputerowe pozwala zaprojektować struktury nowych leków, które będą oddziaływały w ludzkim organizmie z miejscami lub układami zmienionymi chorobowo. Aby jednak doszło to do skutku, nasze związki muszą posiadać odpowiednie właściwości fizykochemiczne i biologiczne. Zaprojektowanie związku, który będzie potencjalnym kandydatem leku wcale nie jest proste. Jeszcze trudniejsze jest jego otrzymanie, a następnie kompleksowe scharakteryzowanie. Należy tu podkreślić, że teoria nie zawsze idzie w parze z praktyką. To co na pozór może wydawać się proste, potrafi spędzić sen z powiek niejednemu naukowcowi.
Zbadaliście właściwości fizykochemiczne i biologiczne dwóch nowych związków o potencjalnym działaniu przeciwnowotworowym. Co to za związki?
i prof. dr hab. n. farm. Paweł Szymański
Paweł Szymański: Interdyscyplinarny zespół naukowców z Politechniki Łódzkiej, Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, Uniwersytetu Medycznego w Lublinie oraz Polskiej Akademii Nauk w Łodzi podjął wyzwanie polegające na zaprojektowaniu i zsyntezowaniu nowych związków przeciwnowotworowych. Zespół ten od dłuższego czasu pracował nad molekularnymi aspektami chorób nowotworowych. Na podstawie wykonanych symulacji i obliczeń komputerowych zaprojektowane zostały struktury chemiczne związków spełniających przyjęte przez naukowców założenia. Synteza tych połączeń została przeprowadzona na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie.
A.Cz. Otrzymane związki przesłano na Politechnikę Łódzką, gdzie naukowcy z Wydziału Chemicznego zbadali ich właściwości fizykochemiczne.
Następnie zespół z Uniwersytetu Medycznego w Łodzi wykonał badania biologiczne. Na podstawie przeprowadzonych wcześniej badań in silico dobrano odpowiednie linie komórkowe, w celu przeprowadzenia badań in vitro. Otrzymane wyniki dały całemu zespołowi naukowców nadzieję, potwierdzając zasadność podjętych badań. Wyniki zdecydowanie nakreśliły kierunek w jakim grupa badawcza powinna podążać. Dane opublikowane w pracy: Czylkowska, A.; Szczesio, M.; Raducka, A.; Rogalewicz, B.; Kręcisz, P.; Czarnecka, K.; Szymański, P.; Pitucha, M.; Pawlak, T. Cytotoxic Activity against A549 Human Lung Cancer Cells and ADMET Analysis of New Pyrazole Derivatives. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 6692. doi: 10.3390/ijms22136692 są zaledwie wierzchołkiem góry lodowej i będą one kontynuowane w przyszłości. Publikacja ta pokazuje również znakomitą współpracę czterech wiodących ośrodków naukowych oraz przyjaźni, która zrodziła się podczas tej współpracy. Należy pamiętać, że interdyscyplinarność zespołów daje nam możliwość wielokierunkowych badań, które w dzisiejszych czasach przy wciąż rosnącej liczbie osób chorych onkologicznie, daje nadzieję na lepsze, bardziej aktywne leki oraz bardziej skuteczną walkę z chorobami nowotworowymi.
Prowadzone badania dotyczą potencjalnego wykorzystania w leczeniu nowotworów płuc. Czym się charakteryzuje ten akurat rodzaj choroby?
P.Sz. Nowotwór płuc dotyka rocznie 2,1 mln osób (1. miejsce - 11,6% wszystkich przypadków nowotworów na świecie) i powoduje śmierć ok. 1,76 mln osób (1. miejsce - 18,4% wszystkich zgonów z powodu chorób nowotworowych). U mężczyzn, nowotwór ten jest główną przyczyną śmierci (22% wszystkich zgonów), a u kobiet drugą przyczyną zgonów (13,8% wszystkich śmiertelnych przypadków) z powodu chorób nowotworowych. Nowotwór ten dzieli się na kilka typów, wśród których najczęściej występuje tzw. gruczolakorak; stanowi on około 40% wszystkich zachorowań. Powstaje on z małych komórek nabłonka dróg oddechowych, które wydzielają śluz. Występuje najczęściej u palaczy (zarówno u kobiet jak i mężczyzn) niezależnie od wieku. Poznanie podstaw molekularnych każdego schorzenia, w tym nowotworu płuc, stało się podstawą do zaprojektowania takich struktur, które w swojej budowie zawierały ugrupowania (grupy farmakoforowe) mające powinowactwo do komórek nowotworowych. Natomiast szereg badań in silico pozwoliło zoptymalizować zaprojektowane układy chemiczne.
Każda nowa informacja o badaniach nad lekami antynowotworowymi rozpala nadzieje u chorych, a jakie uczucia towarzyszą Państwu, pracującym często latami nad nowymi rozwiązaniami?
A.Cz. Tak naprawdę każde najdrobniejsze odkrycie i opracowanie jest dla nas przeżyciem, zwłaszcza kiedy wyniki badań biologicznych potwierdzają wcześniej opracowane założenia. To są momenty, w których czujemy, że nasze poświęcenie, praca i nieprzespane noce mają sens, bo przecież w życiu najważniejsze to, żeby poczuć sens tego co się robi. Z punktu widzenia naukowca, praca chemika jak i farmaceuty są bardzo do siebie zbliżone.
P.Sz. Tutaj należy podkreślić, że porównujemy oba te zawody jedynie od strony pracowników naukowych uczelni. Różnice dotyczą wykonywanych badań. Chemicy charakteryzują związki od strony fizykochemicznej, farmaceuci zaś badają je z biologicznego punktu widzenia. Nie zależnie od tego, czy jesteśmy chemikami czy farmaceutami, łączymy w sobie umiejętności wykładowcy, wynalazcy i wizjonera. To na naszych uczelniach spełniamy marzenia odkrycia czegoś na miarę odkrycia Ameryki przez Krzysztofa Kolumba.
Jaki jest udział Pani zespołu z PŁ w nagrodzonym przez 2 uczelnie projekcie?
A.Cz. Naukowcy z Wydziału Chemicznego Politechniki Łódzkiej otrzymali monokryształy badanych substancji, które były odpowiednie do zmierzenia ich struktur krystalicznych. Dzięki tym badaniom poznane zostały budowy przestrzenne otrzymanych kryształów, co pozwoliło dokonać analizy możliwości ich oddziaływań w organizmie ludzkim. Kolejnym etapem było wnikliwe poznanie właściwości fizykochemicznych, bo to właśnie one determinują dalsze losy tego typu związków. Należy tu zwrócić szczególną uwagę na rozpuszczalność połączeń w wodzie oraz ich trwałość w temperaturze pokojowej. Rozpuszczalność w wodzie determinuje związki do badań biologicznych. Jej brak sprawia, że nawet najlepiej rokujące połączenia mają niewielkie możliwości sprawdzenia ich aktywności biologicznej, a co za tym idzie potencjalnego zastosowania jako leki. Po spełnieniu wszystkich założonych kryteriów, połączenia zostały przekazane na Uniwersytet Medyczny w Łodzi, gdzie pod okiem fachowców podjęte były badania biologiczne.
Przyznana nagroda jest doskonałym dowodem efektywności interdyscyplinarnej i międzyuczelnianej współpracy. Jakie są Państwa plany na przyszłość?
P. Sz. Przyznana nagroda to jedynie efekt jednego z kilku wykonywanych wspólnie projektów w obszarze chorób nowotworowych. Ponadto zespoły razem prowadzą badania nad chorobami neurodegeneracyjnymi. Podsumowując, można stwierdzić, że główne cele badawcze koncentrują się wokół szeroko pojętych chorób cywilizacyjnych. Współpraca rozwija się z każdym miesiącem i polega nie tylko na badaniach naukowych (czego efektem są publikacje naukowe), ale również na składaniu projektów, w różnych konkursach zapewniających finansowanie badań naukowych.
Dlaczego warto być naukowcem?
A.Cz. Każdy człowiek żyje dla spełnienia marzeń i idei. Każdy z nas chciał kiedyś ratować ludzkie życie. Każdy z nas przeżył też chorobę lub śmierć kogoś bliskiego. Bycie naukowcem daje możliwość połączenia naukowej pasji z emocjami towarzyszącymi normalnemu człowiekowi. Praca naukowa jest niczym innym jak misją, dzięki której odkrywamy poszczególne elementy tajemnicy życia. Każde nasze odkrycie przybliża nas do poznania zawiłości natury, w tym sposobów na leczenie i rozwiązywanie problemów naszego istnienia.
Rozmawiała: Agnieszka Garcarek-Sikorska
Skład zespołu: Politechnika Łódzka – dr hab. inż. Agnieszka Czylkowska, prof. PŁ, dr hab. inż. Małgorzata Szczesio, prof. PŁ, mgr inż. Anita Raducka i mgr inż. Bartłomiej Rogalewicz; z UM w Łodzi - dr n. farm. Paweł Kręcisz, dr n. farm. Kamila Czarnecka i prof. dr hab. n. farm. Paweł Szymański; z UM w Lublinie - dr hab. n. farm. Monika Pitucha i z Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN - dr Tomasz Pawlak