ODDĚLENÍ MOLEKULÁRNÍ BIOFYZIKY A FARMAKOLOGIE BIOFYZIKÁLNÍHO ÚSTAVU AV ČR, v. v. i.
10. 8. 2022
Pracovníci oddělení Molekulární biofyziky a farmakologie Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR zkoumají možnosti lepšího využití léků proti rakovině. Jejich výzkum je zaměřen na cytostatika obsahující atomy kovů, tzv. metalofarmaka.
Koncem sedmdesátých let minulého století bylo objeveno nové protinádorové léčivo nazývané cisplatina – sloučenina na bázi platiny. Aplikuje se infuzí a účinně působí proti řadě nádorů, mezi nejúspěšnější patří léčba nádorů varlat a vaječníků. Později byly připraveny další protinádorově účinné látky odvozené od sloučenin obsahujících atom platiny či jiných kovů – například iridia, ruthenia, osmia, zlata, popř. i mědi.
Pro tyto látky je charakteristické, že jsou tzv. multimodální, tj. působí několika mechanismy současně. Jedním z mechanismů, kterým tato metalofarmaka usmrcují nádorové buňky, je jejich schopnost nevratně poškozovat genetický materiál (DNA) a další organely rakovinných buněk.
Přestože například cisplatina a její deriváty patří k nejzdařilejším léčivům proti rakovině nejen z lékařského, ale i z komerčního hlediska, jejich využití je spojeno s řadou omezení. Nádory se po opakovaném podání dokáží přizpůsobit a stávají se vůči těmto lékům odolnými. Kromě toho je možné metalofarmaka využít jen pro omezené spektrum nádorů. Především však naprostá většina chemoterapeutik včetně metalofarmak komerčně dostupných i vyvíjených v celosvětovém měřítku postrádá schopnost usmrcovat nádorové kmenové buňky. To je subpopulace rakovinných buněk nacházejících se v nádorech jen ve velmi malém množství, ale významných při nástupu recidivy nádoru a vytváření metastáz.
Tým pracovníků oddělení Molekulární biofyziky a farmakologie se již řadu let zabývá výzkumem zaměřeným na vývoj nových metalofarmak, která jsou schopná odstraňovat jak nádorové kmenové buňky, tak i ostatní buňky nádoru.
Jednou ze strategií je připravit a testovat nové, tzv. multimodální komplexy kovů. Výzkumníci tedy například k protinádorově účinnému komplexu platiny (např. cisplatině) nebo jiného kovu připojují jednu nebo více funkčních skupin, schopných usmrcovat nádorové kmenové buňky. Ty by měly zvýšit a rozšířit účinnost původního komplexu. Předmětem zkoumání je zjistit, zda má takto sestavený nový komplex očekávané protinádorové vlastnosti, na které nádorové buňky působí a zda je možné jej navrhnout pro další preklinické a klinické zkoušky.
K výzkumu jsou využívány vedle tkáňových kultur z lidských rakovinných buněk kultivovaných v jedné vrstvě také tzv. trojrozměrné sferoidy vytvořené z nádorových buněk, které velmi dobře simulují reálné nádory v prostředí lidského organismu. Příklad slibných cytostatik testovaných v laboratořích oddělení Molekulární biofyziky a farmakologie představují deriváty cisplatiny obsahující kyselinu skořicovou. Jsou velmi účinné v usmrcování veškerých buněk nádoru včetně nádorových kmenových buněk rabdomyosarkomu, což je jeden z nejproblematičtějších a špatně léčitelných dětských nádorů (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201913996).
Důležitou vlastností protinádorových chemoterapeutik je jejich schopnost působit pouze na nádory a ne na zdravé normální buňky. Proto výzkumný tým oddělení Molekulární biofyziky a farmakologie testuje také tzv. fotoaktivovatelná metalofarmaka. Jejich důležitou vlastností musí být malá nebo žádná aktivita ve tmě, schopnost aktivace po ozáření světlem určité vlnové délky a aktivita v prostředí uvnitř nádorů. Léčivo se po podání pacientovi šíří v celém těle, nejen v nádorech, a jeho protinádorová aktivita je aktivována ozářením světlem pouze v místě nádoru. Toho lze dosáhnout díky nedávným pokrokům ve vývoji laserů a optických vláken, tedy technologiím, které umožňují ozařovat také vnitřní orgány světlem definované intenzity a vlnové délky.
Příkladem nadějného fotoaktivovatelného cytostatika testovaného v laboratořích oddělení Molekulární biofyziky a farmakologie je komplex iridia kombinovaný s molekulou kumarinu, který je po fotoaktivaci schopný účinně ničit jak kmenové, tak i rychle se množící ostatní buňky nádoru, a to především nádoru prostaty. Právě ten je druhým nejčastěji se vyskytujícím typem rakoviny u mužů v celosvětovém měřítku (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201901268).