Interdyscyplinarny zespół rozwija terapie fotodynamiczne
Tetrapirole to grupa aktywnych związków chemicznych zawierających cztery pierścienie pirolowe. W terapiach wykorzystuje się reakcję tych cząsteczek na światło i tlen. Należy jednak pokonać pewne wyzwania przed wprowadzeniem tego sposobu leczenia na szeroką skalę. „Tetrapirole są słabo rozpuszczalne i trudne w syntezie, ich absorpcja światła nie zawsze jest medycznie optymalna, a po wprowadzeniu ich do organizmu mogą występować problemy”, wyjaśnia Stéphanie Lhez, koordynatorka projektu POLYTHEA uruchomionego przy wsparciu działań „Maria Skłodowska-Curie”. Projekt POLYTHEA powołano w celu maksymalizacji interakcji między fotosensybilizatorami a światłem, poprawy ukierunkowania na komórki nowotworowe i bakterie oraz wizualizacji aktywnego związku fotosensybilizatorowego in vivo i in vitro. W ramach projektu przeszkolono grupę młodych naukowców w zakresie technik interdyscyplinarnych. Dotychczas opublikowano 40 artykułów, a jeden z nich ukazał się w wydaniu specjalnym „Journal of Porphyrins and Phthalocyanines”.
Tworzenie zespołu specjalistów
Podczas absorbcji światła widzialnego przez tetrapirole w obecności tlenu mogą powstawać wysoce reaktywne związki chemiczne zwane reaktywnymi formami tlenu (RFT). Te z kolei wywołują utlenianie w biomolekułach – takich jak kwasy nukleinowe, lipidy i białka – prowadzące do śmierci komórki. Dzięki temu możliwe jest ukierunkowanie terapii fotodynamicznych, w których wykorzystywany jest ten proces, na komórki bakteryjne lub nowotworowe, dlatego tetrapirole są interesujące w kontekście medycznym. Przy opracowywaniu tego typu rozwiązań pracują specjaliści z różnych dyscyplin, takich jak chemia organiczna i fizyczna, biologia i mikrobiologia oraz fotofizyka i optyka. „Jedna osoba nie może być specjalistą we wszystkich tych dziedzinach, ale powinna umieć poruszać się w ich przestrzeni i rozumieć wymagania dotyczące poszczególnych substancji leczniczych”, mówi Lhez pracująca na Uniwersytecie w Limoges, który pełni rolę gospodarza projektu. W ramach projektu POLYTHEA przeszkolono 10 naukowców na wczesnym etapie kariery z dziewięciu krajów europejskich do pracy w dwóch dziedzinach – chemii i biologii, biologii i fotofizyce lub chemii i fotofizyce –oraz zapewniono im podstawowe szkolenie w zakresie trzeciej z dziedzin. Naukowców oddelegowano także do pracy u partnerów nieakademickich, aby mogli poznać wyzwania przemysłowe i poszerzyć swoją wiedzę techniczną.
Potwierdzanie słuszności koncepcji
Zespół stworzył między innymi platformę opartą na związkach pochodzenia biologicznego, takich jak celuloza, chitozan i lignina, z których wytwarzane są substancje o właściwościach fotosensybilizujących w podłożu biologicznym. Przeprowadzano również ważne prace z zakresu chemii organicznej, w których zwiększano interakcję fotosensybilizatorów ze światłem – między innymi wywoływano stan wzbudzenia niezbędny do powstania RFT za pomocą podczerwieni. Zidentyfikowano i zbadano także nowe związki tetrapirolowe, dzięki którym możliwe będzie dokładniejsze ukierunkowanie terapii na komórki nowotworowe położone głębiej. Przykładem takiego związku jest diada porfirynowa cyjaniny, która wykazuje ciekawe właściwości w obecności światła. Pomimo pandemii COVID-19 większość badaczy uczestniczących w projekcie POLYTHEA dopracowywała swoje rozwiązania poprzez eksperymenty in vitro, a dwójka z nich przeprowadziła wizualizacje in vivo. Przeprowadzono również badania przedkliniczne z wykorzystaniem modeli mysich, w których badano wpływ fotosensybilizatorów na czerniaka i raka jelita grubego oraz zastosowanie znakowanych izotopowo cząsteczek jako czynników teranostycznych. „Podczas pandemii nie mogliśmy przeprowadzić niektórych eksperymentów, ale udało nam się lepiej zrozumieć mechanizmy molekularne leżące u podstaw terapii fotodynamicznych. Opracowaliśmy również nowe metody syntezy i pozyskaliśmy materiały pochodzenia biologicznego, dzięki czemu dostosowaliśmy nasze rozwiązania do ludzkiego ciała”, dodaje Lhez.
Konsolidacja wiedzy i korzystanie z osiągnięć projektu
Fotosensybilizatory tetrapirolowe są już stosowane w terapii fotodynamicznej w leczeniu nowotworów i chorób skóry, takich jak trądzik, a także w chemioterapii fotoaktywowanej (ang. photoactivated chemotherapy, PACT). Jednak europejskie badania i szkolenia dotyczące terapii fotodynamicznych są nadal fragmentaryczne, a interdyscyplinarne podejście zastosowane w ramach projektu POLYTHEA umożliwia konsolidację wiedzy specjalistycznej z tej dziedziny. „Jesteśmy przekonani, że nasze prace przysłużą się społecznościom badawczym opracowującym nowe, mniej inwazyjne terapie, a ilość powiązanych z nimi skutków ubocznych będzie mniejsza”, podsumowuje Lhez.
Słowa kluczowe
POLYTHEA, nowotwór, drobnoustroje, infekcja, tetrapirole, fotosensybilizatory, związki chemiczne, światło
