Nowe technologie i materiały na froncie walki z nowotworami

Elektroprzędza bronią przeciw rakowi mózgu (fot. Shutterstock/ SvedOliver)

Profesor Andrew Steckl walczy z glejakiem wielopostaciowym za pomocą niezwykłej przędzy. Powstaje ona w procesie zwanym elektroprzędzeniem współosiowym. Zanim skończą, Państwo, czytać, będzie wyjaśnione, jak się uzyskuje i na jakich to cudownych krosnach tka się taką przędzę. W terapii nowotworów to – z pozoru wyłącznie techniczny – jednak bardzo znaczący postęp. W dodatku biolodzy, onkolodzy i neurochirurdzy z Johns Hopkins University School of Medicine w Baltimore przysłużyli się do niego w zasadzie jedynie umożliwiając próby In vivo tego wynalazku. Dlatego jego autorzy, fizycy i inżynierowie z Laboratorium Nanoelektroniki Uniwersytetu Cincinnati, zasłużyli nie tylko na opublikowanie ich wyników przez „Nature Scientific Reports”, ale i na uznanie środowiska medycznego.

Bakterie tanio zrobią nam cukier, który nie tuczy, nie psuje zębów i nie wzmaga cukrzycy

Cukier… biała śmierć. Chyba żadna inna dopuszczona masowo do spożycia, ba – obecna powszechnie w żywności dla niemowląt (niestety) – substancja ...

zobacz więcej

Aby pojąć rangę tego osiągnięcia, trzeba sobie jednak uświadomić kilka rzeczy. W naszym myśleniu o nowotworach i ich terapiach skupiamy się na samym guzie – zbuntowanej strukturze rosnącej na ogół gwałtownie wewnątrz organizmu. Chcemy ją zabić, zanim ona zabije żywy organizm. Szukamy zatem leku. Substancji, która będzie zabijać raka, który z definicji jest nieśmiertelny. To znaczy tworzące go komórki zatraciły niezbędne wyczucie i zdolność do zaprzestania podziałów lub popełnienia honorowego samobójstwa, zwanego w biologii apoptozą.

Lek zatem przeciwnowotworowy to na ogół – tak się go konstruuje – prawdziwy toksyczny zajzajer. Jego wybiórczość w stronę komórek tworzących nowotwór, a nie ich zdrowych sióstr budujących posłusznie i wiernie organizm, polega na ogół na aktywności zwłaszcza wobec komórek szybko rosnących i dzielących się. Owo „zwłaszcza” oznacza jednak dokładnie tyle, że wobec innych komórek ów lek też jest toksyczny, tylko mniej. Dlatego właśnie chorym poddawanym leczeniu wypadają włosy i niemal zanikowi ulegają nabłonki jelitowe. Tam bowiem – w torebkach włosowych i jelitach, komórki wciąż się dzielą, są więc, mimo swego zdrowego stanu, równie podatne na zabójcze działanie leku antynowotworowego, co komórki rakowe.

Onkoterapia, zwłaszcza w swej formie klasycznej chemioterapii i radioterapii, jest bardzo trująca dla całego organizmu. I jakkolwiek paradoksalnie to brzmi, trzeba mieć zdrowie, żeby poradzić sobie z jej skutkami. Których to minimalizowanie jest jednym z często pomijanych w naszym myśleniu aspektów procesu nowotworowego i leczenia raka.

Barwy ochronne: głowonogi robią kamuflaż za pomocą maszyny molekularnej

Głowonogi to dziwolągi. Badając opalizujące kalmary, którymi normalni Kalifornijczycy się objadają, uczeni z Uniwersytetu w Santa Barbara odkryli,...

zobacz więcej

Celem zatem wielu laboratoriów jest stworzenie dla potrzeb terapii nowotworów leków „inteligentnych” – żeby wiedziały, gdzie mają iść i zabijać. Najprecyzyjniej, jak się da. Co napotyka trudności, aczkolwiek mnogość pomysłów raczej budzi nadzieję. Czego tu nie ma? I toksyny bakteryjne o konkretnej specyfice tkankowej, i specjalne ukierunkowane tkankowo białka transportowe w liposomach, i wreszcie wybiórcze dla nowotworu przeciwciała rozpoznające go i oblepiające, a załadowane jakimś chemicznym czy promieniotwórczym „piorunem kulistym” zdolnym zabić raka na miejscu.

Pomysł prof. Andrew Steckla jest z zupełnie innej półki. Chodzi o to, by stworzyć rodzaj mikroskopijnej saszetki na lek przeciwnowotworowy (ale dlaczegóż by nie także towarzyszący lek przeciwbólowy – wszystko jest kwestią doboru materiałów), zdolnej uwalniać go w sposób zamierzony i kontrolowany. Tylko tam, gdzie jest potrzebny i tylko tyle, ile go potrzeba. Jest to tym bardziej kluczowe, gdy nowotwór pochłania organ absolutnie niezbędny nam do funkcjonowania – mózg – a jednoczenie oddzielony od reszty organizmu solidną barierą krew-mózg. Utrudniającą jakimkolwiek substancjom, w tym lekom, dotarcie do miejsca docelowego działania.

Profesor Steckl i jego zespół postanowili zatem opracować nanomembranę, która pozwoliłaby podawać leki do mózgu toczonego glejakiem wielopostaciowym – czyli nowotworem pierwotnym najcięższego kalibru. Na glejaki złośliwe (wielopostaciowe i anaplastyczne) w Polsce zapada ok. 600 ludzi rocznie. Około dwukrotnie częściej chorują na niego mężczyźni, zwykle po pięcdziesiątce. Przeciętny czas życia pacjenta od diagnozy to rok do półtora roku w zależności od osobniczej złośliwości samego guza. Na świecie umiera na glejaki złośliwe co najmniej 240 tys. ludzi rocznie.

Świat magii rządzi się własnymi regułami czy jednak prawami fizyki?

To ciekawe ze wszech miar pytanie. Mnie od zawsze nurtowało, dlaczego w snach widzimy jednak przetworzoną realność, np. słonia grającego na harfie...

zobacz więcej

Uczeni z Cincinnati posłużyli się wspomnianą już na wstępie technologią elektroprzędzenia współosiowego. W jej wyniku da się uzyskać włókno o średnicy rzędu dziesiątek nanometrów (0,00000001 metra) złożone w dodatku z dwóch warstw. Inny charakter chemiczny ma rdzeń znajdujący się wewnątrz włókna, a inna jest pochewka. Wygląda to zatem nieco jak drastycznie zminiaturyzowany drut miedziany pokryty izolacją. Od grubości tej izolacji i składu polimerów użytych do produkcji całego włókna zależy, w jakim tempie z wytwarzanej z niego siateczki będzie uwalniać się konkretny lek.

Jak zrobić taką nano-przędzę? Maszyna pompuje dwa lub więcej ciekłych polimerów do dyszy, która kapie jak nieszczelny kran. Po przyłożeniu napięcia elektrycznego ta specyficzna kroplówka zamienia się w drobny strumień „nici pajęczych” złożony z rdzenia jednego materiału otoczonego osłoną innego. Bo każdy polimer inaczej będzie się w polu elektrycznym wychylał. Choć zatem kapią razem, zestalają się już osobno.

„Wygląda na pozornie proste. Ale chemia to sekretny sos tej potrawy” – tajemniczo podsumowuje prof. Steckl, światowej sławy specjalista od elektroprzędzy. Samą technologię wynaleziono już 117 lat temu (sic!), a wykorzystano po raz pierwszy do produkcji tekstyliów w latach 30. ubiegłego wieku. Nie uzyskiwano wtedy oczywiście przędzy w skali nano. Skoro jednak to chemia jest tu kluczowa, prof. Steckl poświecił ostatnią dekadę na opracowywanie kombinacji składników dających różne możliwości. Zwłaszcza takie, których w naturze się nie znajdzie.

Niewidomi widzą fosfeny

Uczeni zebrani w Chicago na dorocznej konferencji „Society for Neuroscience” zobaczyli, jakie są nadzieje na przywrócenie wzroku niewidomym. Czy...

zobacz więcej

W ten sposób dochodzimy do materiału zdolnego w sposób zależny od swego chemicznego składu uwalniać lokalnie, w kontrolowanym tempie leki. Na przykład skuteczną wobec glejaka wielopostaciowego karmustynę (BCNU). Ten właśnie lek zastosowano pooperacyjnie, umieszczając wykonanie z niego membrany w formie trójwymiarowych dysków wypełnionych lekiem w miejscu chirurgicznej interwencji. Miała ona miejsce w mózgach gryzoni, w których wymuszono zachorowanie na glejaka. Wszczepiono im bowiem do mózgu guz. I albo wszczepiono jedynie raka, albo wraz z saszetką zdolną uwalniać stałą dawkę leku przez – uwaga – 150 dni z rzędu.

W dodatku saszetka z elektroprzędzy wielkości tabletki aspiryny pozwala zwiększyć dawkę śmiertelnego dla raka leku (jest on bowiem podawany wyłącznie lokalnie). Polimer nie degraduje zbyt szybko, nie wywołuje też stanu zapalnego.

W zastosowanym modelu In vivo elektroprzędza okazała się hitem. Teraz, jak zapewnia prof. Steckl, czas by zbadać, czy da się ją zastosować do terapii łączonych wieloma lekami, w sytuacji chemioterapii innych trudnych guzów usuwanych uprzednio operacyjnie. Teoretycznie, przy zastosowaniu „sekretnego sosu” chemii polimerów, można sobie nawet wyobrazić uwalnianie leków z nano-przędzy nie jednocześnie, ale w sekwencji. By wypełnić najważniejszy postulat całej medycyny hipokratejskiej, i „po pierwsze nie szkodzić”.

źródło:
Zobacz więcej