Jednym z istotnych wyzwań współczesnej medycyny jest skuteczne dostarczenie substancji terapeutycznej bezpośrednio do tkanki docelowej.
Leki podane drogą pokarmową lub do krwiobiegu, często nie docierają w odpowiednim stężeniu do miejsca ich przeznaczenia, a z kolei zastosowanie wysokiej dawki, może wywoływać szkodliwe efekty uboczne. Ważne jest, aby substancję terapeutyczną odpowiednio „zapakować” i zabezpieczyć przed degradacją, zanim dotrze ona do wybranego narządu. Aby sprostać takim wymaganiom, naukowcy z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego wykorzystali naturalne nano-struktury pochodzące z ludzkich komórek macierzystych, tzw. pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (ang. extracellular vesicles; EVs), w celu dostarczania aktywnych biologicznie terapeutyków, bezpośrednio do żywego organizmu.
EVs są to mikroskopijne pęcherzyki wydzielane zasadniczo przez wszystkie typy komórek. Ich rolą jest przekazywanie informacji biologicznej pomiędzy komórkami. Bazując na tej naturalnej ścieżce komunikacji międzykomórkowej, zespół naukowców z UJ proponuje użycie EVs w celach terapeutycznych u ludzi. Jednym ze wskazań medycznych, nad którym naukowcy obecnie pracują, jest leczenie zwłóknienia narządów. Zwłóknienie, zwane inaczej fibrozą jest stanem patologicznym, wynikającym z nieprawidłowego gojenia się tkanek i może dotyczyć różnych narządów, m. in. serca, płuc, trzustki i wątroby. Szacuje się, że choroby zwłóknieniowe stanowią aż 45% wszystkich przypadków zgonów na świecie. Jak dotychczas, nie opracowano jednak skutecznego lekarstwa na tę chorobę. W innowacyjnej strategii leczenia/ hamowania rozwoju zwłóknienia, naukowcy z UJ proponują wykorzystanie EVs, zawierających naturalnie wydzielane bioaktywne czynniki o działaniu przeciw-zwłóknieniowym.
Rezultaty ich badań wskazują na istotne obniżenie parametrów fibrozy w modelu zwłóknienia serca in vitro, po zastosowaniu EVs (UMO-2016/23/D/NZ3/01310; NCN). Obecnie, naukowcy prowadzą zaawansowane badania z wykorzystaniem przedklinicznych modeli komórkowych i zwierzęcych dotyczących zwłóknienia wielonarządowego, aby potwierdzić skuteczność terapii anty-zwłóknieniowej, opartej o EV (TANGO-IV-A/0035/2019-00; NCBiR).
Ponadto, do EVs mogą być wprowadzane różne egzogenne substancje, zmieniając specyficzność ich działania. W tym aspekcie, naukowcy z UJ wykorzystali EVs do celów edycji genomu, co w przyszłości można wykorzystać do opracowania nowatorskich terapii genowych. Pacjenci dotknięci chorobami genetycznymi nie mają możliwości skutecznej eliminacji przyczyny choroby, poza bezpośrednią korektą DNA. Aby dokonać takiej naprawy, do komórek należy dostarczyć specyficzne narzędzia, tzw. „nożyczki molekularne”, które rozcinają DNA w miejscu uszkodzenia, umożliwiając dalsze etapy naprawy. W swoich badaniach, naukowcy z UJ, we współpracy z Albert-Ludwigs University of Freiburg, w Niemczech, wykorzystali EV do transportu „nożyczek molekularnych”, w tym popularnego obecnie systemu CRISPR/ Cas9 (Homing Plus/2013-7/3; FNP). Przeprowadzone badania stały się podstawą do zgłoszenia patentowego w trybie międzynarodowym PCT pt. „In vivo delivery system of the genome DNA modifying enzymes and the use thereof” nr PCT/ IB2018/055591, oraz zgłoszeń regionalnych: US 17/262,789 oraz EP 18762920.9. Badania te stwarzają nowe możliwości skutecznego i bezpiecznego leczenia pacjentów dotkniętych chorobami cywilizacyjnymi i genetycznymi.
Obecnie Uniwersytet Jagielloński wraz z zespołem naukowym UJ poszukuje podmiotów zainteresowanych współpracą w niniejszym zakresie tematycznym.
dr Sylwia Bobis-Wozowicz
Zakład Biologii komórki, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii
Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie
dr Klaudia Polakowska
Centrum Transferu Technologii CITTRU