Naukowcy z PW opracują nową generację fotosensybilizatorów do terapii fotodynamicznej nowotworów

Dr hab. inż. Krzysztof Durka z Wydziału Chemicznego PW pokieruje projektem, którego celem jest opracowanie nowej generacji fotosensybilizatorów do terapii fotodynamicznej nowotworów. Przedsięwzięcie realizowane jest w konsorcjum ze Szkołą Główną Gospodarstwa Wiejskiego we współpracy z dr hab. inż. Martą Grodzik, prof. uczelni z Katedry Nanobiotechnologii Instytutu Biologii.

Choroby nowotworowe pozostają jedną z głównych przyczyn przedwczesnych zgonów na świecie. Starzejąca się populacja globalna sprawia, że nowotwory stają się poważnym problemem zdrowia publicznego, niosąc ze sobą znaczące koszty ekonomiczne oraz wyzwania terapeutyczne. Według Światowej Organizacji Zdrowia liczba osób powyżej 60. roku życia osiągnie 2 miliardy (22% całej populacji) do 2050 roku. To właśnie z tego powodu współczesna medycyna nieustannie poszukuje nowych, nieinwazyjnych metod zwalczania nowotworów, które mogłyby stanowić alternatywę dla chemioterapii, radioterapii lub zabiegów chirurgicznych.

Terapia fotodynamiczna (photodynamic therapy, PDT) uznawana jest za jedno z najbardziej obiecujących rozwiązań, gdyż często wiąże się z mniejszą liczbą efektów ubocznych i niższym ryzykiem konieczności ponownego leczenia. Metoda ta opiera się na wykorzystaniu specjalnych cząsteczek – fotosensybilizatorów – które po aktywacji światłem generują reaktywne formy tlenu (ROS), czyli agresywne cząsteczki zdolne do uszkadzania i zabijania komórek nowotworowych przy jednoczesnym ograniczeniu szkód w zdrowych tkankach. Obecnie terapia fotodynamiczna napotyka jednak istotne ograniczenie – do jej skutecznego działania wymagany jest tlen, a guzy często rozwijają się w środowisku ubogim w tlen (hipoksyjnym). Sprawia to, że konwencjonalna PDT jest mniej efektywna, szczególnie w przypadku nowotworów litych. Projekt realizowany przez naukowców z PW i SGGW ma na celu przezwyciężenie tego ograniczenia poprzez opracowanie nowej generacji fotosensybilizatorów opartych na barwnikach typu BODIPY pozbawionych ciężkich atomów („heavy-atom free”), które mogą być projektowane na poziomie molekularnym.

Obraz (old)

Wyjątkowość tego podejścia polega na wykorzystaniu układów BODIPY zbudowanych z dwóch komplementarnych elementów – jednostki organoboranowej i rdzenia BODIPY. Taniec elektronu między tymi molekularnymi partnerami pod wpływem czerwonego światła prowadzi do powstawania reaktywnych form tlenu. W przeciwieństwie do klasycznych systemów nie jest wymagane użycie toksycznych ciężkich pierwiastków. Opracowane związki generują wolne rodniki – typ ROS, którego wytwarzanie jest znacznie mniej zależne od stężenia tlenu. Dodatkowo układy te umożliwiają dołączanie grup kierujących cząsteczkę bezpośrednio do komórek nowotworowych, a nawet do konkretnych organelli, co maksymalizuje skuteczność terapii i minimalizuje uszkodzenia zdrowych tkanek.

W ramach projektu, naukowcy planują systematycznie badać, w jaki sposób różne elementy strukturalne wpływają na generację ROS, ze szczególnym uwzględnieniem wolnych rodników. Powstanie biblioteka nowych związków, których właściwości zostaną szczegółowo scharakteryzowane. Następnie przeprowadzone zostaną testy biologiczne, w tym badania w trójwymiarowych hodowlach nowotworów naśladujących rzeczywiste warunki panujące w guzach.

„Precyzyjna fotochemia z wykorzystaniem nowych cząsteczek światłoczułych otwiera drogę do skuteczniejszego i bezpieczniejszego leczenia nowotworów” – mówi dr hab. inż. Krzysztof Durka, kierownik projektu.

Projekt odpowiada na najważniejsze wyzwania stojące dziś przed terapią fotodynamiczną. Zakłada zwiększenie skuteczności leczenia w warunkach niskiej zawartości tlenu poprzez generację rodników ROS mniej zależnych od obecności tlenu, obok tlenu singletowego. Jednocześnie wykorzystanie światła z zakresu czerwonego ma poprawić penetrację tkanek, a zastosowanie grup kierujących cząsteczki do komórek nowotworowych zwiększy selektywność działania. Istotnym elementem projektu jest także bezpieczeństwo wynikające z rezygnacji z ciężkich pierwiastków mogących powodować toksyczność oraz praktyczność rozwiązania, oparta na prostej chemii umożliwiającej skalowanie syntezy do przyszłych zastosowań klinicznych.

Projekt „Regulacja fotogeneracji reaktywnych form tlenu poprzez modulację struktury fotouczulaczy BODIPY dedykowanych do zastosowań w antynowotworowej terapii fotodynamicznej” uzyskał dofinansowanie w ramach konkursu OPUS 30.