Badania pilotażowe realizowane w ramach projektu MINIATURA 6 pozwolą na poznanie potencjalnego zastosowania kannabidiolu (CBD) w terapii guzów obwodowego układu nerwowego (PNS) oraz jego możliwego działania modulującego radiowrażliwość komórek prawidłowych i nowotworowych PNS. Zwiększenie radiowrażliwości komórek nowotworowych przez CBD, może prowadzić do obniżenia dawek promieniowania jonizującego (promieniowanie X) podczas radiochirurgii stereotaktycznej a tym samym zniwelowania skutków ubocznych naświetlań dla pacjenta. Zastosowanie kompleksowego podejścia z wykorzystaniem obrazowania hiperspektralnego (spektroskopia ramanowska, w podczerwieni oraz jej połączenie z mikroskopią AFM - AFM-IR) pozwoli na niedestrukcyjne i bez-znacznikowe badania ukazujące jednocześnie modyfikacje w morfologii komórek wraz ze spektralną informacją na temat transformacji składu biochemicznego w zakresie dwóch aspektów. W pierwszej części umożliwi zdefiniowanie panelu zmian biochemicznych powodowanych przez kannabidiol w komórkach nowotworowych oraz prawidłowych komórkach PNS. W drugiej kolejności zaplanowane badania pozwolą na ocenę potencjalnych właściwości radioregulacyjnych CBD w badanych komórkach.
Data rozpoczęcia/zakończenia projektu: 2022-09-03/2023-09-02

Dotychczasowe badania naukowe jednoznacznie wskazują, że właściwości biofizyczne błon komórkowych oraz lipidów błonowych ulegają zmianie podczas transformacji nowotworowej. Takie strukturalne, biofizyczne i biochemiczne różnice pomiędzy błonami lipidowymi komórek prawidłowych i nowotworowych mogą wpływać na aktywność i skuteczność działania leków przeciwnowotworowych. Molekuły leków będą oddziaływały w sposób odmienny z lipidami oraz białkami o różnej konformacji czy orientacji w błonie. W projekcie stawiamy hipotezę, że skład lipidowy błony komórkowej, orientacja tworzących ją lipidów czy konformacja znajdujących się w niej białek są istotnymi czynnikami w procesie nabywania oporności lekowej przez komórki nowotworowe. Nasz projekt badawczy zakłada nanometryczne badania struktury i organizacji natywnych błon lipidowych komórek prawidłowych oraz wyizolowanych z ludzkiego glejaka w procesie rozwoju oporności lekowej. Cel ten realizujemy dzięki zastosowaniu nowoczesnej techniki AFM-IR, która umożliwia prowadzenie badań z rozdzielczością przestrzenną poniżej 20 nm. Mikroskopia sił atomowych (AFM) pozwala na obrazowanie topograficzne ultracienkich błon lipidowych w skali nanometrycznej, podczas gdy jednoczesne zastosowanie spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni (IR) daje możliwość badania struktury chemicznej, orientacji lipidów i konformacji białek oraz ich zmian na skutek oddziaływania z lekami. Poznanie zależności pomiędzy składem, strukturą i organizacją natywnych błon lipidowych a skutecznością leków terapeutycznych ma kluczowe znaczenie w zrozumieniu mechanizmu nabywania oporności lekowej przez komórki nowotworowe.
Data rozpoczęcia/zakończenia projektu: 2022-05-04/2027-05-03

W ostatnich dziesięcioleciach, przemysł dotyczący medycznych implantów gwałtownie się rozwinął, co poprawiło znacząco jakość życia milionów ludzi. Większość implantów jest wykonywana z metali oraz ich stopów, ze względu na ich wiele wyjątkowych właściwości, właściwości mechanicznych, odporność korozyjną, nieduże koszty czy biokompatybilność. Jednak większość metalowych implantów ulega korozji w kontakcie z płynami ustrojowymi (które zawierają cząsteczki nieorganiczne i organiczne). Proces korozji implantów prowadzi często do uwalniania toksycznych i potencjalnie rakotwórczych metali. Z tego powodu proponowany projekt badawczy skupia się na niezwykle ważnym zagadnieniu naukowym związanym z badaniem wpływu modyfikacji powierzchni materiałów stosowanych jako implanty na ich odporność korozyjną oraz zjawisk zachodzących na styku metal /potencjalny inhibitor. Pierwszym celem proponowanego projektu jest poddanie procesowi korozji powierzchni metalicznych, takich jak stal nierdzewna (medyczna), tytan (Ti) i stop niklu z tytanem (Ni-Ti), zwykle stosowanych jako implanty (np. ortopedia, ortodoncja), w różnych kontrolowanych warunkach i identyfikacja produktów korozji za pomocą metod spektroskopowych. Głównym celem projektu będzie badanie procesu inhibicji powyższych próbek za pomocą aminokwasów i aminokwasów modyfikowanych nanocząsteczkami Au i Cu. W badaniach procesu inhibicji w mikro i nanoskali zostaną wykorzystane techniki powierzchniowo-wzmocnionej absorpcji w podczerwieni (SEIRA), powierzchniowo-wzmocnionego efektu Ramana (SERS) oraz techniki łączące zalety mikroskopii sił atomowych i metod spektroskopowych (AFM-IR i AFM-RS). Zastosowanie aminokwasów jako inhibitorów niesie za sobą wiele korzyści. Aminokwasy, są związkami nietoksycznymi, stosunkowo tanimi i pełniącymi szereg funkcji biologicznych w organizmie człowieka. Natomiast wykorzystanie metalicznych nanocząstek wzmocni sygnał spektroskopowy jak również może zmodyfikować proces korozji implantów. Morfologia skorodowanych powierzchni bez oraz z naniesionymi potencjalnymi inhibitorami zostanie zbadana za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Pomimo szeregu badań prowadzonych na temat procesu korozji oraz jej inhibicji w wielu grupach badawczych, nadal istnieje ogromna potrzeba analizy tych procesów. W niniejszym projekcie badawczym zaprezentowano nowatorskie podejście do powyższych zagadnień. Wykorzystanie metod spektroskopowych umożliwi identyfikację produktów korozji oraz przeprowadzenie badań in-situ oraz ex-situ procesu inhibicji korozji w mikro oraz nanoskali (np. określenie zmian strukturalnych zachodzących pod wpływem oddziaływania potencjalnych inhibitorów z badaną powierzchnią metaliczną). Postęp w tej dziedzinie może zapewnić lepsze zrozumienie procesów korozyjnych oraz poprawić odporność korozyjną materiałów wykorzystywanych w implantologii.
Data rozpoczęcia/zakończenia projektu: 2020-09-01/2023-08-31

Mózg jest jedną z najbardziej deformowalnych tkanek naszego organizmu. Tworząca go macierz zewnątrzkomórkowa składa się w niewielkiej ilości z białek włóknistych, takich jak kolageny, oraz dużej ilości proteoglikanów i glikozaminoglikanów, takich jak kwas hialuronowy. Skład i struktura macierzy zewnątrzkomórkowej mózgu ulega znacznej przebudowie podczas rozwoju nowotworów takich jak glejak wielopostaciowy. W tkance nowotworowej obserwuje się zwiększenie produkcji kolagenu I oraz kwasu hialuronowego, czego konsekwencją jest zmiana stopnia usieciowania macierzy i modyfikacja jej parametrów mechanicznych. Ponadto często obserwowane jest lokalne usztywnienie tkanki na skutek wzrostu ciśnienia śródmiąższowego wewnątrz rozwijającego się guza, co wpływa na zachowanie się komórek zarówno zdrowych jak i nowotworowych. Postuluje sie, że modyfikacje fizykochemiczne macierzy zewnątrzkomórkowej towarzyszące rozwojowi glejaka umożliwiają komórkom nowotworowym skuteczniejszą migrację oraz szybszy podział. Przyspieszenie migracji oraz tempa podziału komórek wymaga zmian na poziomie molekularnym, w skutek których modyfikacji ulega ich kompozycja biochemiczna. Zmiany takie mogą zostać wykryte dzięki zastosowaniu spektroskopii Ramana, która pozwala na nieinwazyjne pomiary żywych obiektów biologicznych w warunkach zbliżonych do fizjologicznych. Plan badawczy proponowanego projektu zakłada syntezę oraz charakterystykę mechaniczną dwu i trzywymiarowych macierzy biopolimerowych, które składem i sztywnością będą odzwierciedlały własności fizykochemiczne prawidłowej oraz zmienionej nowotworowo tkanki mózgu. Macierze te posłużą jako substraty do hodowli komórek prawidłowych astrocytów oraz nowotworowych glejaka wielopostaciowego. Na podstawie analizy żywotności komórek określony zostanie charakter wzrostu prawidłowych i nowotworowych komórek mózgu w zależności od składu oraz sztywności zastosowanej macierzy biopolimerowej. Kolejno wykonane zostaną badania składu biochemicznego komórek przy użyciu spektroskopii Ramana, co w efekcie pozwoli na korelację parametrów fizykochemicznych macierzy imitujących mikrośrodowisko guza ze zmianami spektroskopowymi komórek. Głównym celem badawczym proponowanego projektu jest identyfikacja markerów molekularnych związanych z odpowiedzią prawidłowych i nowotworowych komórek mózgu na zmianę otaczającego je mikrośrodowiska poprzez kontrolowaną modyfikacje jego sztywności i składu chemicznego. Przyczyni się to do lepszego zrozumienia mechanizmu molekularnego rozwoju glejaka wielopostaciowego, a w przyszłości poprawy skuteczności jego terapii.

Wykorzystanie nanocząstek (NPs) w celu poprawy diagnostyki nowotworów (np. NPs z tlenku żelaza w MRI), obrazowania (fotoobrazowanie przy użyciu AuNP), dostarczania leków (NPs z siRNS) i radioterapii (nanocząstki metaliczne jako radiouczulacze) to popularna koncepcja od ponad dekady. Niestety, pomimo ogromnego postępu nanotechnologicznego w projektowaniu nanocząsteczek o różnych kształtach, rozmiarach i właściwościach terranostycznych, ich ukierunkowane dostarczenie do tkanek nowotworowych OUN jest nadal jednym z największych wyzwań w onkologii. Główna koncepcja tego projektu opiera się na założeniu, że uwzglednienie właściwości mechanicznych mikrośrodowiska mózgu i guzów mózgu w eksperymentalnej hodowli komórkowej pozwoli wyjaśnić niską skuteczność obecnego leczenia opartego na nanocząstkach w klinice.
Data rozpoczęcia/zakończenia projektu: 2020-04-06/2022-04-05

INfraStructure in Proton International REsearch
Funding: EC | H2020 | RIA
Call: H2020-INFRAIA-2017-1-two-stage
Contract (GA) number: 730983
Start Date: 2018/03/01
End Date: 2022/02/28

W dzisiejszych czasach powstawanie guza nowotworowego w wyniku kumulacji mutacji genetycznych i epigenetycznych jest jedną z najpoważniejszych chorób występujących wśród ludzi. Doprowadziło to do wzrostu zainteresowania naukowców nie tylko projektowaniem nowych specyficznych leków mogących znaleźć zastosowanie w terapii nowotworowej, ale również dogłębnym zrozumieniem mechanizmów przerzutowania i silnego rozrastania się komórek nowotworowych. Przeprowadzone badania wykazały, że niedobór niektórych enzymów lub ich nadekspresja (np.; kinaz białkowych) przyczynia się do rozwoju komórek rakowych. Kinazy białkowe katalizują reakcję fosforylacji, która polega na przeniesieniu końcowego fragmentu ATP na grupę hydroksylową jednej z reszt aminokwasowych: seryny, treoniny lub tyrozyny. Prowadzi to do aktywacji szlaku sygnalizacyjnego wewnątrz komórki, a w konsekwencji do indukcji ekspresji genów biorących udział w proliferacji, migracji, adhezji, różnicowania i przeżycia komórek, a także w procesach naprawy DNA. Deregulacja funkcji kinaz białkowych jest obserwowana w różnego rodzaju chorobach nowotworowych, m. in. w niedrobnokomórkowym raku płuca (NSCLC). Według Światowej Organizacji Zdrowia rak płuca jest najczęściej występującym typem nowotworu, który jest główną przyczyną zgonów wśród mężczyzn i drugą najczęstszą przyczyną zgonów wśród kobiet. Około 85% wszystkich typów nowotworu płuca stanowi NSCLC. Ze względu na obecność nadekspresji kinazy tyrozynowej receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) w NSCLC wprowadzono terapię celowaną w leczeniu tego typu nowotworu. Pomimo tego, że terapia ta z wykorzystaniem gefitynib i erlotynib (inhibitorów kinazy tyrozynowej) wykazuje dobre wyniki w terapii nowotworowej, leki te charakteryzują się niską specyficznością i narażają pacjentów na wiele skutków ubocznych. Dodatkowo, w wielu przypadkach nie uzyskano odpowiedzi na leczenie. Konieczny jest zatem dalszy rozwój terapii celowanej w NSCLC. Dobrym kierunkiem dla osiągnięcia tego celu wydaje się być zaprojektowanie skutecznych nanonośników, które będą dostarczały gefitynib i erlotynib do komórki nowotworowej. Wyniki badań otrzymane w ramach niniejszego projektu dostarczą kompleksowej informacji na temat struktury gefitynibu i erlotynibu, ich metabolizmu, dystrybucji w komórce nowotworowej i oddziaływania komórka - lek. Scharakteryzowanie struktury molekularnej i geometrycznej wyżej wymienionych leków pozwoli na uzyskanie informacji, które mogą mieć wpływ na ich aktywność biologiczną. Ponadto, przeprowadzone badania pozwolą zweryfikować i zrozumieć dystrybucję badanych leków na nanocząstkach metalicznych pod wpływem różnych warunków pomiarowych (pH, stężenie badanego związku) i scharakteryzować wpływ oddziaływania leku (zaadsorbowanego na powierzchni koloidalnego nanonośnika) w modelu in vitro. Taka informacja może mieć ogromne znaczenie dla zwiększenia efektywności terapii celowanej stosowanej w NSCLC.

Wszystkie żywe organizmy są cały czas narażone na promieniowanie jonizujące ze źródeł naturalnych. Promieniowanie ma bezpośredni wpływ na tkanki i komórki, dlatego jego działanie wykorzystuje się m.in. w leczeniu nowotworów. Promieniowanie rzeczywiście ma negatywny wpływ na biocząsteczki, np. na DNA. Śledzenie zmian w DNA spowodowanych napromieniowaniem jest więc szczególnie istotne z punktu widzenia funkcjonowania i rozmnażania się komórek. Ideą niniejszego projektu jest więc poszerzenie wiedzy dotyczącej problemu uszkodzeń radiacyjnych w komórkach spowodowanych promieniowaniem jonizującym oraz efektów towarzyszących (np. efekt obserwatora). Głównym obiektem badań będzie DNA, przy czym zmiany w innych biocząsteczkach (lipidy, białka) również będzie badane. Badania będą prowadzone na linii komórkowej PC-3, która jest linią raka prostaty. Głównym celem projektu jest analiza wpływu niskich dawek promieniowania jonizującego na układy biologiczne na poziomie komórkowym, subkomórkowym oraz molekularnym przy użyciu wybranych niedestrukcyjnych metod spektroskopowych. Ogromny rozwój technik spektroskopii oscylacyjnej stwarza niepowtarzalną szansę na uzyskanie nowych informacji o uszkodzeniach radiacyjnych w komórkach przy zastosowaniu układów z nanometryczną rozdzielczością przestrzenną jak np. systemy AFM-Raman czy NanoIR. Dodatkowo, technika TERS wydaje się być potencjalnym narzędziem badania lokalnych uszkodzeń w niewielkich układach biologicznych, takich jak DNA. Ze względu na molekularny charakter uszkodzeń radiacyjnych, badania realizowane w ramach tego projektu pozwolą zweryfikować hipotezę: czy możliwa jest identyfikacja uszkodzeń radiacyjnych w komórkach i ich fragmentach przy użyciu metod spektroskopii oscylacyjnej o nanometrycznej rozdzielczości przestrzennej.

W środowisku człowieka coraz więcej pojawia się związków metali, które mogą poważnie zaszkodzić jego zdrowiu. Efektem zatruć związkami metali takich jak. Ni, Cr, Pt czy Pd jest ryzyko wystąpienia uszkodzeń DNA, które mogą być przyczyną inicjacji chorób nowotworowych. Wśród tych pierwiastków szczególnie niebezpieczny jest chrom (Cr) ze względu na fakt, iż jego wpływ na organizmy żywe został tylko powierzchownie zbadany.
Dotychczas wykazano jedynie ilościowo, iż proste związki sześciowartościowego chromu Cr(VI) przedostają się przez błonę lipidową i w trakcie procesu następuje redukcja stopnia utlenienia do chromu-III Cr(III). Pokazano także, że transport zachodzi przez kanały jonowe. Przy użyciu metody EPR udowodniono duży wzrost płynności błony lipidowej co przełożyło się bezpośrednio na uszkodzenia błony wystawionej na działanie związków zawierających Cr(VI). Ponadto wykazano istnienie niestabilnych stanów pośrednich - rodników na V i IV stopniu utlenienia. Nie istnieje jednak żadne spójne wyjaśnienie mechanizmu przenikania Cr(VI) przez dwuwarstwę lipidową oraz model uszkodzeń błony wystawionej na działanie związków Cr(VI).
Celem projektu jest zbadanie mechanizmów rządzących procesem przenikania związków Cr(VI) przez błonę lipidową, w której nie ma kanałów jonowych. Ma to potwierdzić istnienie mechanizmu przenikania Cr(VI) przez błonę fosfolipidową, który jest niezależny od obecności takich kanałów w dwuwarstwie. Badania koncentrować się będą na oddziaływaniach jakie towarzyszą przenikaniu związków CrVI przez błonę, tworzącym się produktom pośrednim i końcowym, a także na wpływie dużego stresu oksydacyjnego na stan błony. Stres taki powstaje poprzez generowanie wysoce reaktywnych rodników zawierających Cr(V)/Cr(IV). W projekcie zostaną wykorzystane możliwości jakie dają metody spektroskopii rentgenowskiej: rezonansowa rentgenowska spektroskopia emisyjna (RXES - Resonant X-Ray Emission Spectroscopy) i czasoworozdzielcza rentgenowska spektroskopia emisyjna (XES - X-Ray Emission Spectroscopy) z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego. Ponadto użyte zostaną metody pomocnicze: Protonowa Rentgenowska Spektroskopia Emisyjna (PIXE – Proton Induced X-Ray Emission) i Elektronowy Rezonans Paramagnetyczny (EPR – Electron Paramagnetic Resonance). Wykorzystanie metod RXES i XES dzięki ich specyficzności i selektywności, skupi się na zmianie struktury i konfiguracji elektronowej wokół atomów Cr podczas procesu przenikania przez błonę. Z kolei metoda pułapkowania spinowego EPR, polegającego na utrwalaniu niestabilnych rodników, pozwoli zbadać jakie niestabilne stany pośrednie generują się podczas całego procesu. Eksperyment PIXE umożliwi ilościową ocenę zjawiska przenikania. Materiał badawczy będą stanowić przygotowane odpowiednio liposomy poddane działaniu dichromianu (VI) potasu oraz chlorku chromu (III) w różnym pH i stężeniach. Eksperymenty RXES i XES zostaną poparte zaawansowanymi obliczeniami teoretycznymi w programie FeFF 9.6.
Proponowany projekt pozwoli zidentyfikować i zrozumieć kluczowe aspekty procesów stojących za zatruciem związkami chromu na poziomie komórkowym oraz za możliwościami leczenia takich zatruć już na poziomie komórkowym. Ponadto, metoda RXES zostanie wykorzystana po raz pierwszy w zastosowaniu do próbek błon lipidowych.

Gruczolakorak przewodowy trzustki to najczęstszy typ raka trzustki i pomimo, że stanowi mniej niż 3% wszystkich nowotworów, pozostaje trzecim liderem zgonów spowodowanych nowotworami, zarówno wśród mężczyzn, jak i kobiet w Stanach Zjednoczonych (53 000 szacunkowych nowych przypadków i śmiertelność rzędu 80%w ciągu roku od wykrycia). Rak trzustki ma bardzo e prognozy, może przerzutować nawet po usunięciu i wyraźnie wymaga opracowania nowych i dokładnych metod diagnostycznych. Obrazowanie w podczerwieni (IR) w wysokiej rozdzielczości (high definition) to nowa, potężna technika mikroskopowa, która ostatnio została wdrożona do obrazowania tkanek pod kątem zmian składu chemicznego i posiada bardzo duży potencjał do dokładnej diagnostyki raka.
Głównym celem tego projektu jest wykorzystanie obrazowania chemicznego w postaci obrazowania w podczerwieni w wysokiej rozdzielczości, w celu stworzenia pełnego opisu tkanki trzustkowej i zmian związanych z rakiem. Osiągnięcie tych celów polegać będzie na zarejestrowaniu obrazów tkanek trzustkowych w podczerwieni (w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN), a następnie stworzeniu modelu klasyfikacji / wykrywania raka opartego na metodach uczenia maszynowego (Random Forest, Neural Networks, itp.).

Jedną z przyczyn wielu chorób ogólnoustrojowych jest nadmierny poziom glutaminianu, który prowadzi do ekscytotoksyczności oraz wpływa na niekontrolowany proces proliferacji komórek. Obecnie coraz częściej mówi się o znaczącej roli układu glutaminianergicznego również w chorobach onkologicznych całego ciała (Yu, 2015; Gelb, 2015). Na szczególną uwagę zasługuje receptor mGlu1, z I grupy mGluR, którego aktywacja odpowiada za wzrost poziomu glutaminianu, co w konsekwencji może indukować zmiany pro-onkologiczne. Wychodząc naprzeciw szybko rozwijającej się chemioterapii i bazując na dostępnej literaturze, wnioskodawca planuje poszerzyć tematykę swoich badań naukowych o choroby nowotworowe w oparciu o regulację szlaków sygnałowych poprzez ligandy mGluR.
Celem badań wstępnych przewidzianych do realizacji w projekcie jest sprawdzenie potencjału przeciwnowotworowego terapii łączonej polegającej na jednoczesnym podaniu niskich dawek antagonisty metabotropowego receptora glutaminianergicznego mGlu1 (JNJ16259685) wraz z inhibitorem kinazy BRAF (dabrafenibem) w modelu komórkowym linii SK-MEL-2 czerniaka złośliwego (malignant melanoma). Obecnie stosowany dabrafenib wykazuje działanie hamujące nadmierną proliferację komórek poprzez blokowanie szlaku kinaz RAS/RAF/MEK/ERK, jednak wiąże się to z pojawianiem się wielu silnych objawów niepożądanych takich jak hiperkeratoza, łysienie, bóle stawów, a nawet zwiększone ryzyko nowotworów o lokalizacji innej niż skóra. Dlatego w projekcie przewidywane jest zastosowanie terapii łączonej w niskich dawkach. Do detekcji zmian ekspresji genów pro- i antyapoptotycznych posłuży technika łańcuchowej reakcji polimerazy (Real-time PCR), która umożliwi porównanie relatywnej ekspresji badanych genów względem genu referencyjnego w komórkach przed i po traktowaniu wspomnianymi związkami. Analizie zostaną poddane biomarkery, które uczestniczą w kaskadzie sygnałowej decydującej o procesie apoptozy i różnicowaniu komórek takie jak: czynnik Bcl-2 i kinaza AKT hamujące programowaną śmierć komórek, kinaza ERK wpływająca stymulująco na proliferację, a także czynnik Bax będący białkiem proapoptotycznym. Oprócz tego, niezmiernie ważne będzie wykonanie testów toksyczności, aby móc stwierdzić jaki końcowy efekt będą miały wybrane związki na przeżywalność komórek. Dlatego też, po przeprowadzeniu badań wstępnych i dokonaniu selekcji dawek o największym potencjale terapeutycznym, planowane jest wykonanie dodatkowych testów cytotoksycznych takich jak test analizy aktywności metabolicznej komórek (MTT).
Wybrane do realizacji zadanie jest niezbędnym etapem wstępnym w poszukiwaniu efektywnej chemioterapii celowanej opartej na jednoczesnym blokowaniu nadekspresji glutaminianergicznej widocznej w wielu typach nowotworów oraz hamowaniu kinaz odpowiedzialnych za niekontrolowany wzrost komórek. Przeprowadzone badania in vitro na modelu czerniaka złośliwego linii SK-MEL-2 (malignant melanoma) pozwolą sprawdzić skuteczność zastosowanych związków oraz umożliwią selekcję dawek o wysokiej efektywności. Obecnie dużym defektem chemioterapii jest jej znaczna toksyczność, co wiąże się z występowaniem objawów niepożądanych takich jak zawroty głowy, nudności, niewydolność nerek czy zmiany skórne. Proponowane przez wnioskodawcę zastosowanie dwóch związków w niskich dawkach może okazać się skutecznym sposobem obniżenia objawów niepożądanych przy jednoczesnym utrzymaniu efektu terapeutycznego.
Na podstawie przeprowadzonych badań będzie można określić potencjał przeciwnowotworowy antagonisty metabotropowego receptora glutaminianergicznego i inhibitora kinazy BRAF. Uzyskane wyniki zweryfikują czy wykorzystanie farmakoterapii łączonej polegającej na regulacji poziomu glutaminianu w oparciu o powinowactwo do mGluR1 wzmocni terapeutyczny efekt dabrafenibu, a tym samym obniży poziom proliferacji komórek w czerniaku złośliwym. Ponadto, zastosowanie jednocześnie dwóch związków w niskich dawkach może mieć decydujący wpływ na zmniejszenie objawów niepożądanych widocznych w obecnie stosowanej monoterapii.
Realizowane działanie naukowe posłuży jako badanie pilotażowe, które umożliwi sprawdzenie założonych hipotez, a także będzie stanowić wstęp do kolejnych zadań przewidzianych w przyszłych projektach Narodowego Centrum Nauki. W dalszej perspektywie planowana jest analiza potencjału przeciwnowotworowego pozostałych receptorów mGlu z II i III grupy, a także wykorzystanie wyselekcjonowanych dawek związków z nowoczesnymi nanonośnikami, które ułatwią transport przezbłonowy, co w konsekwencji może wpłynąć na zwiększoną efektywność chemioterapii celowanej w modelach nowotworów skóry takich jak malignant melanoma.

Czas trwania: 15.09.2018-14.09.2019

Choroby nowotworowe są główną przyczyną zgonów na świecie, a rak piersi jest obecnie najczęściej diagnozowanym nowotworem i główną przyczyną zgonów wśród kobiet, co stanowi 23% wszystkich przypadków i 14% śmiertelnych. Powszechnie stosowanymi metodami diagnostycznymi są obecnie mammografia, ultrasonografia i badanie histopatologiczne. Mimo rewolucji technologicznej i naukowej jaka ma miejsce w ciągu ostatnich lat, niestety statystyki wciąż są zatrważające. Dlatego też niezmiernie ważne jest poszukiwanie metody, która poprzez szczegółową analizę dystrybucji chemicznej i właściwości fizycznych pozwoliłaby na szybkie i jednoznaczne rozpoznanie wspomnianych zmian nowotworowych. Niezwykle obiecującymi metodami w tym względzie wydają się być obrazowanie i mapowanie w spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni oraz spektroskopii Ramana. W efekcie przeprowadzenia działania naukowego możliwe będzie zbadanie efektywności wybranych nanosensorów Au pod kątem monitorowania procesu adsorpcji α-metylo-DL-tryptofanu mogącego znaleźć zastosowanie w leczeniu nowotworu gruczołu piersiowego. Dodatkowo przeprowadzona zostanie charakterystyka i dystrybucja przestrzenna poszczególnych komponentów komórek nowotworowych i kontrolnych, a przede wszystkim możliwe będzie wykazanie czy wybrane nanosensory przenikają przez błonę komórkową, i w których rejonach się kumulują. Zastosowanie nanocząstek może mieć zatem decydujące znaczenie w zwiększeniu efektywności terapii nowotworowej poprzez ułatwiony transport leku do komórek oraz kontrolę jego dystrybucji i metabolizmu.

Rak prostaty jest drugim wiodącym powodem śmierci na choroby nowotworowe u amerykańskich mężczyzn. Obecna diagnostyka raka prostaty napotyka dwa główne problemy: (i) trudność w odróżnieniu nowotworu ośliwego od łagodnego; (ii) trudność w określeniu wyraźnej granicy nowotworu podczas biopsji i prostatektomii. Przezwyciężenie tych problemów wymaga zastosowania nowych strategii nieinwazyjnego monitorowania w czasie rzeczywistym zmian chemicznych związanych z rakiem prostaty. Ze względu na wysoką specyficzność, spektroskopia ramanowska wydaje się być doskonałym narzędziem obrazowania cząsteczkowego komórek i tkanek nowotworowych.
Metoda czułego obrazowania optycznego dla potrzeb precyzyjnej wizualizacji pojedynczych komórek prostaty została niedawno zaproponowana przez grupę prof. Barmana z Johns Hopkins University w USA. W ramach tej metody nanocząstki ota będące bardzo dobrym substratem do techniki SERS zostały związane z małocząsteczkowym inhibitorem antygenu PSMA (prostate-specific membrane antigen). W rezultacie, stworzono cząstkę o wysokim powinowactwie wiązania się z PSMA a jednocześnie aktywną w SERS. Cząstka ta może selektywnie przyłączać się do powierzchni komórek raka prostaty.
W moim projekcie zamierzam przetestować selektywne rozpoznawanie komórek raka prostaty o zróżnicowanej ekspresji PSMA w modelach in vitro używając zaproponowanych nanocząstek aktywnych w SERS. W tym celu zaprojektuję trzy modele nowotworu: (i) kokultura komórek w 2D (mieszanina komórek zdrowych i nowotworowych); (ii) sferoidy 3D (komórki nowotworowe); (iii) kokultura sferoid w 3D (mieszanina komórek zdrowych i nowotworowych). Każdy z modeli zostanie zobrazowanych przy użyciu spektroskopii ramanowskiej na poziomie pojedynczych komórek.

Struktura chromatyny wplywa na niemal wszystkie procesy zachodzace w jadrze komórkowym [Jenuwein and Allis 2001]. Okazuje sie ponadto, ze moze ona takze byc zwiazana z wystepowaniem aberracji chromosomowych po napromienianiu komórek. Krytycznymi uszkodzeniami DNA prowadzacymi do powstawania tego typu aberracji sa podwójne pekniecia DNA (DSB) [Obe 2002], jednakze rola chromatyny w tych procesach jest niejasna. W zwiazku z powyzszym pierwszym glównym celem badawczym projektu jest zweryfikowanie hipotezy gloszacej, ze rozklad aberracji chromosomowych w eu- i heterochromatynie nie jest przypadkowy [Cooke 1975, Johnson 1999], co nie zostalo dotychczas jednoznacznie udowodnione [Obe 2002]. Ponadto drugim glównym celem niniejszego projektu jest poszerzenie wiedzy na temat roli chromatyny w formowaniu tego typu aberracji. W prezentowanym projekcie po raz pierwszy na swiecie (wg najlepszej wiedzy autora) nanospektroskopia i nanoobrazowanie w zakresie podczerwieni zostanie wykorzystane w badaniach chromosomów. Ta nowoczesna technika laczy zalety mikroskopii sil atomowych (AFM) oraz spektroskopii w zakresie podczerwieni dostarczajac informacji o fizycznych i chemicznych wlasciwosciach badanych próbek ze zdolnoscia przestrzenna ponizej 20 nm. Rozróznienie eu- i heterochromatyny w pojedynczych chromosomach bedzie mozliwe dzieki obrazowaniu grup metylowych i metylenowych (absorbujacych promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu sredniej podczerwieni), poniewaz euchromatyna przechodzac w heterochromatyne ulega metylacji. Otrzymane rezultaty beda porównane z barwieniami fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) pozwalajacymi na detekcje translokacji w danym jadrze komórkowym. Aby osiagnac drugi cel projektu miejsca, gdzie nastapila bledna naprawa lub uszkodzenie DNA (np. polaczenie dicentryka, translokacje, delecje), beda dokladnie scharakteryzowane chemicznie dzieki widmom absorpcyjnym zebranym w tych miejscach. Poprzednie badania udowodnily, ze metody nanospektroskopowe moga dostarczyc unikatowych informacji o uszkodzeniach DNA [Lipiec 2014]. Rezultaty projektu znacznie uzupelnia dotychczasowa wiedze o wplywie struktury chromatyny na powstawanie aberracji chromosomowych. Znajac dokladnie strukture chemiczna otaczajaca uszkodzenie DNA lub miejsce blednego polaczenia chromosomów bedzie mozna projektowac sondy DNA znakowane fluorescencyjnie do szybkiej detekcji tych konkretnych uszkodzen. Rezultaty tego projektu moga odegrac bardzo wazna role w dozymetrii biologicznej.

Celem niniejszego projektu jest przeprowadzenie prac badawczych podejmowanych w celu zdobycia nowej wiedzy polegających na opracowaniu i optymalizacji procedury PCC (ang. Premature Chromosome Condensation - przedwczesna kondensacja chromatyny) w wersji z użyciem komórek CHO (Chinese Hamster Ovary) oraz chemicznie indukowanej fuzji, mogącej być najszybszym testem w szeroko rozumianych badaniach diagnostycznych, w tym także do oceny narażenia na promieniowanie jonizujące.

Celem prowadzonych badań metodami spektroskopii oscylacyjnej są zdegradowane procesem chorobowym (zaćmy) soczewki oka ludzkiego. W ramach projektu planujemy wykorzystać do badań soczewki usuwane powszechnie stosowaną techniką w nowoczesnej okulistyce - fakoemulsyfikacji. Chcemy wykazać, że soczewki te są cennym materiałem z diagnostycznego punktu widzenia. Ponadto pragniemy udowodnić, że ich spektralne badania prowadzą nie tylko do analizy ich budowy i składu chemicznego, ale dostarczają danych, które mogą wskazać grupy ryzyka związane z zaćmą a tym samym wspierać prewencje tej choroby. Metody spektroskopowe, takie jak spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni, w tym mikro-spektroskopia, czy spektroskopia Ramana znalay szereg zastosowań medycznych. Współczesne instrumenty stosowane w spektroskopii oscylacyjnej zwłaszcza sprzężone z mikroskopami stanowią niezwykle przydatną metodę do charakterystyki materiałów biomedycznych. Pozwalają na analizowanie małych obszarów próbek i wykonanie pomiarów z dokładnością do kilkudziesięciu mikrometrów w zakresie podczerwieni (zarówno w modzie refleksyjnym jak i transmisyjnym) oraz kilku mikrometrów w badaniach spektroskopią Ramanowską. Mikro-spektroskopie IR i Ramana pozwalają zatem na analizę małych fragmentów próbek oraz na śledzenie zjawisk towarzyszących degradacji materiałów. W ramach realizacji projektu zostaną wykorzystane techniki spektroskopii oscylacyjnej w zakresie podczerwieni i Ramana. Spodziewamy się, że analizy spektralne umożliwią określenie zależności obecności kolagenu od procesu chorobowego. Eksperymentalne dane pozwolą na badanie struktury drugorzędowej białek w badanych soczewkach oraz na identyfikacje faz nieorganicznych i organicznych. W finale uzyskane wyniki pozwolą na opracowanie markerów spektroskopowych charakterystycznych dla procesu chorobowego. Badania w ramach projektu zmian składu i struktury ludzkich soczewek metodami spektroskopii oscylacyjnej wniosą twórczy wkład w rozwój dyscypliny naukowej spektroskopii biomedycznej. Rezultaty analiz spektroskopowych wykażą biochemiczne zmiany będące odzwierciedleniem procesu chorobowego. Skorelowanie zmian zachodzących w badanym materiale z diagnozą kliniczną może przyczynić się do zrozumienia procesu patologicznego zachodzącego w soczewce oka dotkniętego zaćmą. Rezultaty badań mogą przyczynić się do ograniczenia choroby cywilizacyjnej jaką jest zaćma i tym samym zredukować koszty finansowe ponoszone na usuwanie skutków tej choroby.

Celem projektu było zbadanie roli jaką bodźce mechaniczne transmitowane z otoczenia komórki odgrywają w rozwoju raka prostaty. Transmisja bodźców mechanicznych odbywa się z powierzchni komórki do jej wnętrza. Umieszczenie komórki w otoczeniu o różnej sztywności powoduje zmianę wielkości transmitowanej siły, na którą komórka będzie musiała odpowiedzieć zmianą pewnych procesów życiowych. Zdolność do prawidłowej adaptacji w odpowiedzi na zewnętrzne sygnały mechaniczne określa się mianem mechanoczułości. Komórki nowotworowe, mające zdolność do migracji w odległe miejsca ludzkiego organizmu i adoptowania się do otoczenia o skrajnych własnościach mechanicznych (jak tkanka mózgu i macierz kości), muszą charakteryzować się zaburzoną mechanoczułością.

Choroby nowotworowe zaliczane są obecnie do tzw. chorób cywilizacyjnych i według danych Światowej Organizacji Zdrowia stanowią drugą przyczynę zgonów w Europie. Nie dziwi więc tak duże zainteresowanie lekarzy i naukowców poznaniem bezpośrednich przyczyn prowadzących do powstania tych stanów patologicznych. Wiadomo już, że u podstaw większości chorób nowotworowych leżą zmiany zachodzące na poziomie komórkowym i molekularnym, wynikające z nieprawidłowego przebiegu wewnętrznych procesów komórkowych lub działania czynników zewnętrznych. Dokładne poznanie tych mechanizmów może stworzyć nowe możliwości diagnozowania chorób na wczesnym etapie ich rozwoju oraz zastosowania nowych, bardziej efektywnych terapii. W prezentowanych badaniach skupiono uwagę na nowotworze gruczołu prostaty, którego wczesna diagnoza oraz skuteczna terapia stanowią jedno z wyzwań współczesnej medycyny. Jednym ze sposobów obserwacji zmian na poziomie molekularnym jest badanie właściwości chemicznych pierwiastków budujących molekuły w komórce. Każda zmiana stopnia utlenienia czy otoczenia chemicznego danego pierwiastka może skutkować niewłaściwym działaniem całej komórki. Takie zmiany mogą być też markerami procesów niszczących struktury komórkowe, takich jak na przykład stres oksydacyjny. Metody pomiarowe, wykorzystujące promieniowania synchrotronowe, w tym metoda fluorescencji rentgenowskiej (ang. X-Ray Fluorescence, XRF) oraz metoda spektroskopii absorpcyjnej promieniowania X (ang. X-Ray Absorption Spectroscopy, XAS), są stale rozwijane od lat 70. ubiegłego wieku i znalay wiele zastosowań również w badaniach biologicznych, jako metody komplementarne do powszechnie używanych, takich jak metody biochemiczne, histochemiczne i histopatologiczne. W prezentowanym projekcie zostały one wykorzystane do określenia stopnia utlenienia i form chemicznych siarki i fosforu w liniach komórkowych i tkankach nowotworu prostaty. Zarówno siarka jak i fosfor należą do pierwiastków, które wchodzą w skład wielu ważnych związków w komórkach ludzkich. Związki te są odpowiedzialne między innymi za transport energii, usuwanie wolnych rodników, reakcje enzymatyczne oraz przekazywanie informacji genetycznej. Z tego względu każde zakłócenie ich homeostazy może skutkować niewłaściwym działaniem całej komórki. Przeprowadzone w projekcie badania pozwoliły na ustalenie, że w komórkach i tkankach prostaty zarówno siarka jak i fosfor występują w różnych formach chemicznych. W przypadku fosforu przeważają fosforany, które mogą być związane w łańcuchu cukrowo-fosforanowa lub występować jako pojedyncza grupa fosforanowa. Siarka obecna jest na wielu stopniach utlenienia, od form zredukowanych do utlenionych, a różnice w stosunku tych form, jakie zaobserwowano pomiędzy komórkami i tkankami nowotworowymi oraz próbkami kontrolnymi, mogą świadczyć o przebiegającym w komórkach nowotworowych stresie oksydacyjnym, prowadzącym m.in. do uszkodzeń DNA. Z kolei zastosowanie mikrowiązki promieniowania X pozwoliło na zobrazowanie rozkładu poszczególnych form chemicznych siarki i fosforu w strukturach histologicznych tkanki nowotworowej i wyznaczenie różnic między nimi. Pokazano przede wszystkim, że formy utlenione siarki akumulują się głównie w tkance śródmiąższowej. Może to być związane z występowaniem w bezpośrednim sąsiedztwie komórek nowotworowych siarczanu chondroityny – jednego ze składników macierzy międzykomórkowej. Wzmożona ekspresja tego związku jest związana z rozwojem zmian o charakterze ośliwym. Z kolei różnice w zawartości i formach fosforu w poszczególnych częściach tkanki mogą być skorelowane z aktywnością kwaśnej fosfatazy sterczowej – enzymu katalizującego procesy defosforylacji, czyli uwalniania grup fosforanowych z zawierających je związków. Przeprowadzone eksperymenty pokazały, że techniki wykorzystujące promieniowanie synchrotronowe mogą dostarczać wielu ważnych informacji na temat próbek biologicznych, poszerzając naszą wiedze na temat roli poszczególnych pierwiastków w powstawaniu i rozwoju chorób nowotworowych.