Nanotechnologia użyta do niszczenia komórek raka

Rozmawiała Natalia Grzebisz
opublikowano: 07-03-2018, 00:00

Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opracowali innowacyjną metodę oraz prototyp urządzenia do selektywnej destrukcji komórek nowotworowych. O zastosowaniu nanotechnologii w terapii onkologicznej oraz perspektywach wdrożenia nowej metody rozmawiamy z pomysłodawcą i jedną z osób odpowiedzialnych za projekt Ablakom prof. dr. hab. inż. Zbigniewem Kołacińskim.

Ten artykuł czytasz w ramach płatnej subskrypcji. Twoja prenumerata jest aktywna

Skąd wziął się pomysł wykorzystania nanotechnologii w leczeniu przeciwnowotworowym?

Prof. dr hab. inż. Zbigniew Kołaciński, członekSekcji Wielkich Mocy i Sekcji Chemii PlazmyNiskotemperaturowej PAN, kierownik projektu.Prowadzi badania nad zastosowaniem polaelektromagnetycznego o częstotliwości radiowejw terapii nowotworowej.
Wyświetl galerię [1/2]

Prof. dr hab. inż. Zbigniew Kołaciński

Prof. dr hab. inż. Zbigniew Kołaciński, członekSekcji Wielkich Mocy i Sekcji Chemii PlazmyNiskotemperaturowej PAN, kierownik projektu.Prowadzi badania nad zastosowaniem polaelektromagnetycznego o częstotliwości radiowejw terapii nowotworowej.

W ciągu ostatnich trzech dekad liczba nowo zarejestrowanych przypadków nowotworów złośliwych w Polsce wzrosła ponad dwukrotnie, a umieralność prawie trzykrotnie w stosunku do lat 60. ubiegłego wieku. Ta sytuacja powoduje, że rośnie również społeczne zapotrzebowanie na przełom w terapii raka. Może nim być leczenie zapewniające pozbycie się wszystkich komórek rakowych z organizmu, bez pozostawiania zalążków kontynuacji choroby także w późnej fazie wykrycia nowotworu, z jednoczesną ochroną komórek zdrowych.

Pomysł naszego projektu zrodził się podczas badań nad syntezą nanorurek węglowych, gdzie jako katalizator procesu używane było żelazo. Zauważyliśmy, że nanocząstka żelaza może stać się źródłem ciepła, jeżeli podda się ją szybkiemu przemagnesowywaniu np. falą elektromagnetyczną. Wykorzystanie nanotechnologii może stanowić przełom w leczeniu chorych na nowotwory.

Czym różni się ta metoda od dotychczasowego postępowania terapeutycznego?

Leczenie chorych na raka prawie zawsze zaczyna się od postępowania chirurgicznego. Problem w tym, że zwykle pacjenci zgłaszają się do lekarza zbyt późno i często pozostaje jedynie leczenie paliatywne. Metodą uzupełniającą jest chemioterapia, na którą chorzy różnie reagują. Jest ona czasem zamienna z leczeniem chirurgicznym, z pewnością poprawia przeżywalność, ale niestety zabija również zdrowe komórki. Kolejną opcją leczenia jest radioterapia, która podobnie jak chemioterapia niszczy także komórki zdrowe. Innowacyjność naszej metody polega na selektywnej destrukcji wyłącznie zdegenerowanych komórek rakowych, pozostawiając inne komórki nienaruszone.

Jak wygląda to postępowanie?

Proces niszczenia komórek nowotworowych polega na doprowadzeniu nanozasobnika zawierającego ferromagnetyk do komórki rakowej i na wytworzeniu w nim takiej ilości ciepła, które wywoła jej nekrozę.

Na zmodyfikowanej powierzchni nanorurki umieszczone są ugrupowania kierujące (ligandy) oraz markery umożliwiające obrazową identyfikację położenia zasobnika w tkance. Zastosowanie w procesie plazmowym katalizatora, np. żelaza, pozwala na wypełnienie nim nanorurki już na etapie syntezy. W Politechnice Łódzkiej stworzyliśmy nanorurki węglowe, złożone z zaledwie kilkuset atomów węgla i wypełnione atomami żelaza tak, aby powstały nanowymiarowe nośniki ferromagnetyku zdolne do przenikania przez tkankę biologiczną. Ferromagnetyczne żelazo umożliwia przemieszczanie nośników polem magnetycznym w ciele człowieka oraz pochłania energię fal elektromagnetycznych, wytwarzając przy tym ciepło. Taki impuls termiczny potrafi zniszczyć tylko te komórki, do których nośnik został przyłączony. 

 W jaki sposób dalej wykorzystywane są nanocząsteczki?

Następny etap to wprowadzenie ich do organizmu. Możliwe są trzy drogi: doustne tabletki, wstrzykiwanie do obiegu krwionośnego i dostarczanie poprzez skórę. Kolejny etap to tzw. adresowanie. Antygeny występują na powierzchni każdej komórki, ale na komórkach rakowych jest ich około 1000 razy więcej. Przeciwciało, np. białko, łączy się z tym antygenem na zasadzie dopasowania klucza do zamka.

Aby nanorurki węglowe zostały „zaadresowane” do komórek nowotworowych, muszą być sprzężone z atomami odpowiednimi dla receptorów występujących na powierzchni komórek nowotworowych. Zastosowana procedura stanowi oryginalne rozwiązanie opracowane i opatentowane przez Wydział Chemiczny Politechniki Łódzkiej. 

Ostatni etap to hipertermalna ablacja. Wykorzystuje się w niej generatory fal o częstotliwości radiowej, pracujące w zakresie od setek kiloherców do kilkudziesięciu megaherców. Komórki rakowe z dołączonymi nanozasobnikami ferromagnetyku osiągają temperaturę ponad 42 st. C. W tej temperaturze następuje ich nekroza — komórki rakowe giną i są wydalane z organizmu, a zdrowe komórki pozostają żywe. Częstotliwość i geometrię pola elektromagnetycznego opracował przy użyciu symulacji komputerowych i badań eksperymentalnych prof. Sławomir Wiak (dyrektor Instytutu Mechatroniki i Systemów Informatycznych Politechniki Łódzkiej, rektor PŁ — przyp. red.).

Czy na świecie jest wykorzystywana podobna metoda leczenia?

Na świecie stosowane jest hipertermalne leczenie większych obszarów tkanki zdegenerowanej, np. w postaci guza. Selektywna hipertermia — dotycząca poszczególnych komórek — nie była jeszcze stosowana. To innowacja, na którą stawiamy.

Jak długo pracowano nad projektem?

Projekt Ablakom realizowany był przez ostatnie trzy lata przez Politechnikę Łódzką — Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Automatyki i Informatyki oraz Wydział Chemiczny, a także przez Zakład Chemii i Biochemii Klinicznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi oraz łódzkie przedsiębiorstwo AMEPOX. W tym czasie udało się opracować innowacyjną metodę oraz prototyp urządzenia do selektywnej destrukcji komórek nowotworowych rozsianych w ciele człowieka wykorzystując nanorurki węglowe wypełnione nanocząstkami ferromagnetycznymi.

Czy projekt uzyskał finansowanie zewnętrzne?

Otrzymaliśmy dofinansowanie w ramach II Programu Badań Stosowanych Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w wysokości 2,5 mln zł. Stosowany w projekcie reaktor do syntezy nanomateriałów został opatentowany przez grupę naukowców z Instytutu Mechatroniki i Systemów Informatycznych, a naukowcy z Wydziału Chemicznego i Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki zgłosili wniosek patentowy na sposób modyfikowania nanomateriałów węglowych.

Jaka jest skuteczność nowej metody?

Demonstracja działania końcowej wersji modelu urządzenia nastąpiła w badaniach in vitro z wykorzystaniem linii komórkowej. Pozytywne próby na liniach komórkowych raka jelita grubego wykazały, że jest możliwość kontynuowania prac badawczych na zwierzętach, a w kolejnych etapach w badaniach klinicznych. Uzyskane wyniki powinny skutkować opracowaniem urządzenia terapeutycznego. W końcowej fazie wdrożenia klinicznego projektu planuje się umieszczenie chorego na maksymalnie 30 minut w urządzeniu emitującym kontrolowane dawki pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej.

Jaki byłby koszt takiego urządzenia i jakie są perspektywy wdrożenia do praktyki?

Wydaje się, że koszt urządzenia nie powinien przekroczyć 30 tys. zł. Przy intensywnym jego stosowaniu możliwe będą szybka amortyzacja i niski koszt zabiegu. Gdy Ministerstwo Nauki ogłosi kolejny konkurs, wystąpimy o finansowanie II etapu projektu, związanego z testowaniem na małych zwierzętach, np. na myszach. Sądzę, że zajmie to około dwóch lat. Następnie trzeba będzie przeskalować urządzenia do testów klinicznych i uzyskać na nie zgodę. Metoda ta wzbudza duże zainteresowanie, gdy przedstawiana jest na sympozjach na całym świecie. Wiele klinik onkologicznych wyraża chęć testowania jej na komórkach rakowych pochodzących z innych narządów ciała człowieka niż jelito grube.

O kim mowa. Prof. dr hab. inż. Zbigniew Kołaciński, członek Sekcji Wielkich Mocy i Sekcji Chemii Plazmy Niskotemperaturowej PAN, kierownik projektu. Prowadzi badania nad zastosowaniem pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej w terapii nowotworowej.

 

Źródło: Puls Medycyny

Podpis: Rozmawiała Natalia Grzebisz

× Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.