Nový přístup v léčbě rakoviny by mohl umožnit individuální terapie pro každého pacienta

Dle Světové zdravotnické organizace trpí onkologickým onemocněním přibližně jeden z pěti lidí na světě. V Česku je to dokonce každý třetí. Tým docentky Michaely Vašinové Galiové z Ústavu chemie a technologie ochrany životního prostředí FCH VUT rozvíjí analytickou metodu, která by mohla léčbu onkologických onemocnění zásadně zefektivnit. Cílem je zavést její rutinní využití ve výzkumu i návrhu léčebného procesu. Tato metoda vědcům umožňuje rychle zjistit, jestli je látka vhodná pro léčbu daného typu rakoviny, a zároveň poskytuje informace o tom, jak látka reaguje s buňkami. V budoucnu by tak mohla být léčba rakoviny personalizovaná, kdy budou zohledněna jak specifika nádoru, tak i individualita každého pacienta.

Chemický výzkum je pro léčbu onkologických pacientů klíčový, protože současná léčiva nejsou dostatečně účinná a zaměřují se na rychle se dělící buňky, mezi které však nepatří pouze ty nádorové. U pacientů tak dochází k mnoha vedlejším účinkům, které negativně ovlivňují kvalitu jejich života. Budoucí vizí týmu analytických chemiků je personalizovaná léčba neboli léčba šitá na míru. Konkrétně má být sestaven profil jednotlivých pacientů, charakterizován jejich nádor i typ buněk a dle daných kritérií aplikováno léčivo.

Výzkum je velmi rozsáhlý a podílí se na něm několik špičkových týmů. Vývoj metodiky i náročných technik pro charakterizaci buněk a sledování jejich změn po interakci s léčivy zajišťuje Ústav chemie a technologie ochrany životního prostředí na FCH VUT. Syntézu organokovových sloučenin, které mohou sloužit jako léčiva, má na starosti tým pod vedením doktora Jindřicha Karbana z Ústavu chemických procesů AV ČR. Přípravu buněčného materiálu a aplikaci sloučenin do buněk provádí odborníci z Výzkumného centra aplikované molekulární onkologie Masarykova onkologického ústavu pod vedením docenta Romana Hrstky.

Přesné sledování léčiv v buňkách

Tým docentky Vašinové Galiové se konkrétně zaměřuje na nalezení vhodné metody pro rychlý screening nových potenciálních sloučenin, na studium kinetiky buněčných mechanismů a vlivu metaloproteinů, které se podílí na obranných mechanismech buněk a jsou zásadní pro pochopení toho, proč některé nádory na léčbu nereagují.

Metoda musí splňovat tři zásadní požadavky. Prvním je práce s materiálem in situ, tedy v pevném stavu bez kroku rozkladu, která vede k lokalizaci analytu, jako je léčivo, částice či metaloprotein. Dalším požadavkem je detekce velmi malého množství materiálu. Množství léčiva v buňkách je velice nízké a do buněk se většinou dostane přibližně méně než 10 % původní dávky. Dávku léčiva však nelze v testech neomezeně zvyšovat, protože vyšší hladiny léků by mohly u pacienta vyvolat nežádoucí účinky. Použitá technologie dokáže v buňkách detekovat i extrémně malé množství léčiva, které se pohybuje ve femtogramech (10-15 gramu) účinné látky v jedné buňce.

Z pohledu onkologického výzkumu nejde pouze o sledování samotného léčiva, ale i změn v distribuci metaloproteinů vyskytujících se ve zdravé i nádorové tkáni. Bylo zjištěno, že jejich regulace ovlivňuje životaschopnost živých i nádorových buněk. Z toho plynul třetí požadavek, kterým je víceprvková analýza.

Všechny požadavky naplnila metoda laserové ablace ve spojení s hmotnostní spektrometrií indukčně vázaného plazmatu, která umožňuje in situ víceprvkovou analýzu na úrovni jednotlivých buněk. Tento přístup poskytuje informaci nejen o tom, kolik sledované látky se v buňkách či tkáni nachází, ale také kde přesně je látka přítomna. V budoucnu se metoda může stát nepostradatelnou jak ve výzkumu, tak návrhu léčebného postupu.

Michaela Vašinová Galiová: Výzkum není o jednotlivci, ale o celém týmu

Tým docentky Vašinové Galiové si ve svém výzkumu klade tyto klíčové otázky: jaké látky mohou být účinné proti rakovině, jak je dopravit na správné místo v těle a jak interagují s nádorovými buňkami i jejich okolím. Aktuálně hledají vhodné léčivo, které nebude ubližovat zdravé tkáni, ale zacílí pouze na nádorové buňky. Slibné výsledky přinesly látky na bázi metalocenů s rutheniem. U dopravování látek testují jako nosiče nanočástice i částice přirozeného původu, jako jsou například exosomy.

Vědci musejí vědět, jak proces funguje v celém organismu. „Výzkum provádíme u početného typu nádorových onemocnění, jako je rakovina prsu, vaječníků nebo plic. Navíc i v případě jednoho typu rakoviny, rozlišujeme různé formy, které se mohou zásadně lišit svou rezistencí. Takže studujeme více nádorových buněčných linií, kterým podáme určité množství léčiva. Zjišťujeme, jestli se léčivo do buňky dostalo a kam, protože cílem léčby je napadnout DNA rakovinné buňky a způsobit buněčnou smrt. Avšak buňka se brání a je schopna léčivo vyloučit. Potřebujeme, aby se dovnitř buňky dostalo maximum, a naopak vyloučilo minimum podané látky,“ popisuje docentka Vašinová Galiová. „A proto ruku v ruce s testováním nového léčiva jde i studium kinetiky interakce léčiva s buňkou,“ dodává.

V 90 % onkologičtí pacienti neumírají na primární nádor, ale na metastáze, takže je třeba sledovat jejich zdravotní stav i po léčbě, která se může jevit jako účinná. „V současnosti se nezabýváme pouze látkami využívanými pro usmrcení rakovinných buněk, ale i pro zabránění metastázování, například tím, že dojde ke snížení hladiny důležitých proteinů, které se na procesech vzniku metastáz podílejí. Design těchto látek je aktuálně v patentovém řízení a byly zahájeny první experimenty na zvířecích modelech,“ říká docentka Vašinová Galiová.

Motivací výzkumníků je zejména vášeň pro chemii a snaha přispět ke strategii léčby onkologických onemocnění v globálním měřítku. Je zřejmé, že bez dobře fungujícího týmu není možné čelit těmto náročným výzvám. „Vědecká práce není o jednotlivci, ale o celém týmu. V našem týmu se vzájemně doplňujeme a motivujeme, sdílíme nadšení pro výzkum, podporujeme jeden druhého, když narazíme na problémy, a společně hledáme řešení. Práce se studenty na počátku jejich vědecké kariéry s sebou nese velkou zodpovědnost, ale zároveň je pro mě velmi naplňující a inspirativní,“ uzavírá docentka Vašinová Galiová.

Kristýna Bilavčíková: Chuť, vize a vůle jsou nezbytnou součástí výzkumu

V týmu působí i PhD studentka Kristýna Bilavčíková, která pod vedením docentky Vašinové Galiové zpracovává dizertační práci na téma sledování chování chemoterapeutik v buňkách pomocí pokročilých instrumentálních analytických metod.

Téma léčby rakoviny rozvíjí od své bakalářské práce a roli školitele považuje za zásadní. „Vyprofilovala jsem se, až když jsem potkala paní docentku. Myslím, že vzor vedoucího je velmi důležitý. Je to člověk, který vám předává své zkušenosti, motivuje vás a podporuje vás být samostatnější. Ovlivňuje vás v rozvoji profesním i osobním,“ popisuje Kristýna Bilavčíková.

Kristýna by u výzkumu rakoviny ráda zůstala i nadále. „Motivuje mě podílet se na dílčích krocích, které ve výsledku mohou mít globální dosah. Výzkum se neustále rozvíjí a přichází nové podněty, na něž musíme velmi rychle reagovat. Každý den řešíme něco nového, a to mě posouvá a naplňuje. Člověk musí mít chuť, vizi a vůli,“ doplňuje.

Přes veškerý pokrok zůstává léčba rakoviny komplexní výzvou. Výzkum se nyní zaměřuje na vývoj látek, které mohou zvýšit účinnost léčby rakoviny, i na zlepšení zobrazovacích metod, které umožní sledovat změny v trojrozměrném prostoru. Pro budoucí úspěch je klíčová také integrace umělé inteligence, která by mohla výrazně zefektivnit analýzu dat i návrh léčebných postupů.

Zdroj: Fakulta chemická VUT

Témata

Související články:
Interaktivní výuka matematiky i chemické pokusy v obývacím pokoji, to jsou projekty od studentů VUT
Kudy z doby plastové? Řešení není jednoduché ani jednoznačné, říká Stanislav Obruča z FCH VUT
Jak recyklovat tabákové náplně zjišťují vědci z FCH VUT
Barevné hodiny odměří bezpečné dávky záření
Dostat pravdu z vína zkoušejí i chemici z VUT v Brně