Nowotwory to druga najczęstsza przyczyna śmierci w krajach rozwiniętych. Dane statystyczne z ostatnich kilku lat wskazują, że choroby nowotworowe są odpowiedzialne za około ¼ wszystkich zgonów. Chociaż liczba zachorowań stale rośnie, poprawiają się metody diagnostyczne, a jeśli nowotwór zostanie wcześnie wykryty, to często może być skutecznie leczony. Dzieje się tak między innymi dlatego, że naukowcy i lekarze z całego świata zdobywają coraz większą wiedzę w dziedzinie onkologii i odkrywają coraz skuteczniejsze sposoby diagnozowania oraz leczenia. Istotny wkład w rozwój wiedzy o nowotworach wnoszą także badacze ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, gdzie realizowanych jest kilka znaczących projektów mających na celu walkę z rakiem.
Nowa nadzieja
Obecnie najbardziej obiecującym kierunkiem badań nad skutecznymi terapiami nowotworów jest immunoonkologia. To zupełnie nowa strategia polegająca na wykorzystaniu do walki z rakiem układu odpornościowego pacjenta. Czas pokaże, czy wyniki badań prowadzonych przez naukowców na całym świecie okażą się przełomem w medycynie, czy będzie je można wykorzystać do opracowania metody leczenia tylko niektórych rodzajów nowotworów. Na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej SGGW badaniami z zakresu immunoonkologii zajmują się dwa zespoły badaczy.
Plecaki z bombą na raka
Dr hab. Magdalena Król, prof. SGGW w 2016 r. otrzymała prestiżowy grant Europejskiej Rady ds. Badań (ERC). Jego wartość wynosi ponad 1,4 mln euro. Kwota zostanie przeznaczona na pięcioletni projekt badawczy, podczas którego badaczka wraz z zespołem będzie próbowała wyjaśnić odkryte przez siebie zjawisko biologiczne. Zauważyła mianowicie, że pewne komórki układu immunologicznego przekazują komórkom nowotworowym specyficzną grupę białek i wpadła na pomysł wykorzystania tej wiedzy w praktyce onkologicznej. Zamierza wykorzystać ten mechanizm do precyzyjnego dostarczania bezpośrednio do guza leków niszczących nowotwór. „To tak, jakby komórkom układu odpornościowego pacjenta założyć plecaki z ładunkami wybuchowymi, dla których celem będzie nowotwór” – mówi Magdalena Król.
Obecnie tylko do 2% aplikowanego chorym leku trafia do litego guza nowotworowego – i to wyłącznie do miejsc położonych blisko naczyń krwionośnych. Reszta powoduje spustoszenie w organizmie, a niezniszczone komórki rakowe, ukryte w niedotlenionych i nieukrwionych miejscach, namnażają się, powodując przerzuty i wznowę. Wykorzystanie fizjologicznych procesów organizmu: komórek układu odpornościowego, które mogłyby przekazać leki do miejsc niedostępnych dla tradycyjnych terapii, pozwoliłoby znacząco zwiększyć szanse na wyleczenie chorych i rozwiązać jeden z największych problemów onkologii – przerzuty. Jeśli hipoteza badawcza się potwierdzi, to być może czeka nas przełom w leczeniu nowotworów.
Szansa na to, że odkrycie prof. Magdaleny Król stanie się kamieniem milowym w terapii onkologicznej jest duża. Aż 20% projektów realizowanych w ramach grantów ERC doprowadziło do prawdziwego przełomu w nauce, a wyniki 50% przyczyniły się do znacznego postępu. Uzyskać dofinansowanie z Europejskiej Rady ds. Badań nie jest łatwo. Szczegółowe aplikacje ocenia bowiem gremium wybitnych naukowców i specjalistów w danej dziedzinie.
Tresowane limfocyty
Na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej immunoonkologią zajmuje się także dr Kinga Majchrzak. Jej pierwsze badania naukowe nad nowotworami dotyczyły raka gruczołu sutkowego u psów. Po obronie pracy doktorskiej rozpoczęła współpracę z dr Chrystal Paulos, spędzając w jej pracowni na Uniwersytecie Medycznym w Karolinie Południowej w Stanach Zjednoczonych łącznie dwa lata. Dr Paulos bada zastosowanie limfocytów T w adoptywnej terapii komórkowej m.in. czerniaka i raka trzustki. Podczas stażu dr Majchrzak sprawdzała, jak limfocyty Th17 wpływają na leczenie czerniaka u myszy. Jej praca w laboratorium miała na celu modyfikowanie ich właściwości w taki sposób, by były one jak najbardziej skuteczne w zwalczaniu nowotworu.
„Zajmowałam się blokowaniem ścieżek sygnałowych w limfocytach Th17 podawanych chorym myszom i sprawdzaniem, w którym przypadku skuteczność limfocytów jest wyższa. Najpierw in vitro blokowałam ścieżki sygnałowe w limfocytach, a następnie podawałam te zmodyfikowane komórki myszom. Wynik badań był bardzo ciekawy – w hodowli w laboratorium limfocyty z zablokowanymi ścieżkami sygnałowymi były słabsze niż te, którym tych ścieżek nie zmieniano. Jednak podane in vivo do organizmu myszy okazały się skuteczniejsze niż limfocyty kontrolne. Myszy, które otrzymały limfocyty Th17 traktowane dwoma inhibitorami, były w najlepszej kondycji; część z nich wyzdrowiała, a u pozostałych rozwój nowotworu został zahamowany. Badania prowadzone przez naukowców w USA to ważny krok w kierunku poprawienia skuteczności leczenia z zastosowaniem limfocytów T. Chodzi o to, by terapia miała jak najmniej działań niepożądanych, takich jak burza cytokinowa czy reakcja autoimmunologiczna„ – mówi Kinga Majchrzak.
Po powrocie do Polski zdobyła grant na przeprowadzenie własnych doświadczeń z zakresu immunoonkologii. Właśnie rozpoczyna badania laboratoryjne nad limfocytami Th17 i ich interakcjami z innymi komórkami u psów. Jej plany naukowe są jednak zakrojone o wiele szerzej. Dr Majchrzak chce nawiązać współpracę z weterynarzami onkologami i prowadzić badania kliniczne z wykorzystaniem modyfikowanych limfocytów u chorych na nowotwór psów. „Moim zdaniem jest to bardzo dobre rozwiązanie. Możemy przeprowadzić testy kliniczne nowej metody leczenia i obserwować, jak żywy organizm na nie reaguje. Takie badania miałyby znacznie wyższą wartość poznawczą niż te wykonywane na myszach. Psy cierpią bowiem na podobne nowotwory jak ludzie a przebieg choroby jest niemal taki sam. Przy okazji korzystałoby też zwierzę, które dostałoby szansę odzyskania zdrowia. Wyniki tych badań byłyby z korzyścią zarówno dla weterynarii, jaki i medycyny” – tłumaczy.
W SGGW powstaje kolejny zespół naukowców zajmujących się badaniami nad nowotworami. Do dr Kingi Majchrzak dołączyła niedawno studentka studiów doktoranckich, mgr Joanna Bujak, która wpadła na pomysł, że na tych samych limfocytach można by badać kanały jonowe dla sodu i wapnia. „Będę zajmować się m.in. białkiem TRPM5, o którym wiadomo, że jest blokowane przez niskie pH. Guz nowotworowy odróżnia się od zdrowych tkanek właśnie niższym pH. Chcę sprawdzić, czy ten mechanizm odpowiada za to, że guz chroni się przed działaniem limfocytów, nawet jeśli tym ostatnim uda się zlokalizować komórki nowotworowe” – wyjaśnia Joanna Bujak.
W trosce o zwierzęta
W badaniach naukowych nad nowotworami bardzo ważną rolę odgrywają zwierzęta, bo to na nich testuje się nowe terapie. Jednak większość prac badawczych – nawet jeśli na pewnym etapie wykonywane są w laboratoriach weterynaryjnych – ma na celu wypracowanie skutecznych metod leczenia u ludzi. Co prawda najnowsza wiedza medyczna może być wykorzystywana także w weterynarii, ale nie we wszystkich przypadkach przynosi to korzyść pacjentowi weterynaryjnemu. Sam koszt diagnostyki onkologicznej zwierząt często przekracza możliwości finansowe właścicieli. Nie brakuje jednak naukowców, którzy chcą tę sytuację zmienić. Jednym z nich jest dr hab. Rafał Sapierzyński, prof. SGGW z Zakładu Patomorfologii Zwierząt Wydziału Medycyny Weterynaryjnej, który zajmuje się epidemiologią oraz rozpoznawaniem nowotworów u zwierząt, głównie psów i kotów. Profesor opracowuje tanie i mało inwazyjne testy, które pozwolą uzyskać jak największy zestaw informacji na temat choroby zwierzęcia. Ta wiedza umożliwi szybkie postawienie właściwej diagnozy i określenie rokowań, a także sprecyzowanie sposobu oraz kosztu terapii. Dzięki temu więcej właścicieli będzie mogło zdecydować się na leczenie swoich pupili.
Grafeno-platynowy koń trojański
Dobre rezultaty w walce z nowotworami osiągają naukowcy z Katedry Żywienia i Biotechnologii Zwierząt Wydziału Nauk o Zwierzętach SGGW. Od 10 lat pod kierownictwem prof. Ewy Sawosz-Chwalibóg prowadzone są badania nad zastosowaniem różnych nanostruktur w szeroko pojętej biologii, a zwłaszcza w medycynie. Ich najważniejszym celem jest poszukiwanie i konstruowanie innowacyjnych nanomolekuł, które mogłyby wykazywać działanie antynowotworowe.
Większość badań nastawionych jest na walkę z jednym z najniebezpieczniejszych nowotworów, jakim jest glejak IV stopnia. W Zakładzie Nanobiotechnologii zespół kierowany przez dr Martę Grodzik[1] przeprowadził pierwsze na świecie badania nad wykorzystaniem nanoplatyny. Co prawda leki na bazie platyny są w medycynie popularne i dość skuteczne, jednak wywołują również cały szereg efektów ubocznych. Z badań wynika, że toksyczność nanoplatyny jest znacznie mniejsza, a jej zastosowanie w terapii bezpieczniejsze dla pacjenta.
Prowadzone w tym samym czasie podobne eksperymenty nad grafenem wykazały, że płatki tlenku grafenu są skuteczne w leczeniu nowotworów mózgu i piersi. Grafen jest formą węgla o misternej konstrukcji, dołączenie do niego grup tlenowych zwiększa jego biozgodność z organizmem, ale nie zmienia zabójczego działania na komórki rakowe.
Naukowcy z SGGW poszli jeszcze o krok dalej i połączyli płatki tlenku grafenu z nanocząstkami platyny. Otrzymana grafeno-platyna może mieć zastosowanie jako środek leczniczy podawany bezpośrednio do guza i okolicznych tkanek. Ponieważ węgiel rozpoznawany jest jako przyjazna molekuła, otrzymany materiał bez przeszkód lokuje się w komórkach nowotworu i niczym koń trojański stopniowo uwalnia jony platyny, które niszczą DNA komórek rakowych. Jako że nanomolekuła działa wyłącznie w miejscu podania, istnieje małe ryzyko, że substancja aktywna wejdzie w reakcje ze zdrowymi komórkami organizmu.
Chociaż badania pilotażowe dają nadzieję na długo oczekiwany przełom w walce z glejakiem, potrzeba jeszcze wielu testów, by zdobytą wiedzę przełożyć na praktykę kliniczną.
Okiem sztucznej inteligencji
Określenie stopnia zaawansowania nowotworu bywa trudne nawet dla doświadczonych patomorfologów. Być może już niedługo w pracy pomoże im sztuczna inteligencja. Na Wydziale Zastosowań Informatyki i Matematyki SGGW pod kierownictwem dr. hab. inż. Michała Kruka pracuje zespół naukowców, którzy programują automatyczne systemy do diagnostyki komputerowej. Odpowiednio przygotowane sieci neuronowe są uczone rozpoznawania obrazów histopatomorfologicznych, czyli zdjęć mikroskopowych przedstawiających wycinki pobrane w trakcie biopsji. „Nawet najlepiej opracowane programy komputerowe nie są w stanie zastąpić lekarza patomorfologa. Jednak w przypadkach skrajnych lub niejasnych często są one dokładniejsze od lekarzy. Dzięki temu mogą być bardzo pomocnym narzędziem w rękach doświadczonego specjalisty” – mówi Michał Kruk.
Naukowcy z SGGW od lat współpracują z Wojskowym Instytutem Medycznym w Warszawie. Na swoim koncie mają już kilka sukcesów – udało im się m.in. nauczyć sztuczną inteligencję rozpoznawania nowotworu jasnokomórkowego nerki. Aplikacja, którą stworzyli, jest używana do wspomagania diagnostyki w Zakładzie Patomorfologii WIM. Obecnie naukowcy prowadzą badania nad rakiem kanałów mlekowych sutka u człowieka. Tworzony program będzie rozpoznawał guzy na podstawie zdjęć i informował, czy są one otorbielone (nieinwazyjne) czy już inwazyjne. Realizacja tego projektu potrwa 2-3 lata.
Anna Ziółkowska
Współpraca: Katarzyna Wolanin
[1]Zespół w składzie: Ewa Sawosz-Chwalibóg, Marta Grodzik, Mateusz Wierzbicki, Marta Kutwin, Sławomir Jaworski, Anna Hotowy, Barbara Strojny, Natalia Kurantowicz
