Sodelavcem Instituta »Jožef Stefan« sta uspela dva pomembna dosežka. Raziskovalci Odseka za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo pod vodstvom prof. ddr. Borisa Turka v enem postavljajo svetovne trende za iskanje boljših metod neinvazivne diagnostike in novih biomarkerjev za hitrejše odkrivanje bolezni, vključno z rakom, v drugem pa se zdravljenja raka lotevajo z nanomateriali.
Dosežka sta bila objavljena v prestižnih revijah Trends in Biochemical Sciences in Nano Letters.
Proteaze
Vabilo k članku v prestižni ameriški znanstveni reviji ‘Trends in Biochemical Sciences’ je prejel prof. ddr. Boris Turk, k sodelovanju je pritegnil še kolege Mateja Vizoviška, Roberta Vidmarja in Marka Fonoviča. Skupaj s še dvema kolegoma iz tujine so pripravili pregled pomena specifičnosti proteaz v smeri ‘in vivo’ neinvazivnega diagnostičnega slikanja in odkrivanja biomarkerjev.
Proteaze veljajo za zelo pomembno skupino encimov v biomedicinskih raziskavah zaradi njihove ključne vloge v zdravju in razvoju bolezni. Njihova sposobnost, da hidrolizirajo beljakovine in peptidne substrate na enem ali več mestih, je odvisna od njihove specifičnosti, zaradi česar so edinstvene med encimi. Razumevanje specifičnosti proteaz je zato ključnega pomena tako za razumevanje njihove biologije kot za razvoj orodij za njihovo raziskovanje in za razvoj novih zdravil.
Nedavni napredek na področju proteomike in kemijske biologije je tako bistveno izboljšal razumevanje biološke vloge proteaz z obsežnim specifičnim profiliranjem in identifikacijo fizioloških proteaznih substratov ter razvojem sond za spremljanje njihove aktivnosti in vivo. Raziskovalci se trudijo to znanje prenesti tudi v klinične raziskave, vendar je uspeh takšnih raziskav pogosto omejen zaradi prekrivanja funkcij proteaz in kemijskih orodij, ki niso dovolj specifična, da bi omogočila zanesljivo identifikacijo posameznih proteaz. Zato gre razvoj tudi v smeri novih, izboljšanih orodij ter klinično uporabo tako v smeri neinvazivne diagnostike kot v smeri s sliko podprte kirurgije pri zahtevnih operacijah (image-guided surgery).
Pomen tovrstnih raziskav in razvoj v prihodnje
Sodobna medicina se kljub številnim novim ugotovitvam srečuje s problemi, saj kljub ogromnim vlaganjem v razvoj in raziskave nekaterih problemov še vedno ne znamo rešiti, oziroma je napredek pri zdravljenju določenih bolezni počasnejši kot drugje. Deloma je to zato, ker se zaradi izrednega napredka na področju biomedicine srečujemo z novimi boleznimi ali pa s tistimi, ki sedaj prizadenejo več ljudi, saj smo nekatere bolezni, ki so prej zahtevale veliko smrtnost, uspešno omejili. Drugi razlog pa je v tem, da je bolezni bistveno težje zdraviti, če jih odkrijemo prepozno. In predvsem tem drugim raziskavam je ta članek posvečen.
Članek sodelavcev Instituta »Jožef Stefan« je pregledni članek, pri katerem je posebnost to, da pri pregledu raziskav med drugimi naletiš tudi na raziskave, ki jih prej nisi poznal in ki ti vsekakor pomagajo pri nadaljnjem delu. Prav gotovo pa zaradi obširnega pregleda področja laže usmerjaš svoje prihodnje raziskave. Le te bodo potekale v smeri novih trendov, ki peljejo od diagnostike tudi k teranostiki oz. kombinaciji diagnostike in terapije, kjer smo že naredili pomemben preboj. Je pa veliko odvisno od sredstev – če jih bo nova vlada namenila več za to področje, potem bomo vsekakor laže šli v korak z razvitimi, sicer bomo pa lahko samo žalostno capljali za njimi, kljub znanju, ki ga imamo. Ampak ostajamo optimisti!
Drugi dosežek v reviji Nano Letters ali ko nanoluske zmanjšajo oz. uničijo tumorske celice
Drugi dosežek je bil objavljen v reviji Nano Letters. Članek z naslovom »Zmečkane nanostrukture aluminijevega hidroksida kot sredstvo za deregulacijo tumorskega mikrookolja za zdravljenje raka« predstavlja nove možnosti za zdravljenje raka s pomočjo nanomaterialov, pri čemer je bila celotna t. i. ‘in vivo’ karakterizacija nanodelcev pri zdravljenju raka narejena na Institutu »Jožef Stefan«. Prav tako je Institut in sodelavci Georgy Mikhaylov, Andreja Bratovš, Vito Turk, Boris Turk in Olga Vasiljeva sodeloval pri celotni zasnovi študije, ki so jo skupaj naredili s še šestimi kolegi iz tujine, pretežno iz Tomska v Rusiji.
Nanomateriali so zaradi svojih edinstvenih fizikalno-kemijskih lastnosti v zadnjem času postali središče multidisciplinarnih raziskav v smeri razvoja zdravil ter dostavnih sistemov za zdravila za zdravljenje raka naslednje generacije. To vključuje tudi študije njihovih interakcij s tumorskimi celicami in stromalnim delom tumorskega mikrookolja. V članku tako poročajo, da imajo aglomerati Al hidroksidnih nanolusk antitumorsko aktivnost zaradi njihovih selektivnih adsorpcijskih lastnosti in pozitivnega naboja. To so najprej pokazali in vitro, ko so nanoluske zmanjšale proliferacijo tumorskih celic in sprožile njihovo uničenje, in potem potrdili še in vivo v modelih melanoma in raka dojke. Poleg tega so Al hidroksidne nanoluske skoraj popolnoma zavrle rast mišjega melanoma in vivo v kombinaciji z minimalno učinkovitim odmerkom standardnega kemoterapevtika doxorubicina in to bistveno bolj kot samo doxorubicin.
Protitumorski mehanizem delovanja Al hidroksidnih nanolusk so pojasnili s simulacijo neposredne molekularne dinamike, ki je pokazala, da lahko nanoluske sprožijo pomembno ionsko neravnovesje v tumorskih celicah s selektivno adsorpcijo zunajceličnih anionov in na ta način vplivajo na delovanje ionskih kanalov in transporterjev ter tako posledično spremenijo ionski transport, preskrbo tumorskih celic s hranili ter delovanje njihovih vitalnih funkcij. Tak pristop k deregulaciji tumorskega mikrookolja bi lahko postavil temelje za razvoj nove strategije za zdravljenje raka, saj je neodvisen od posameznih molekularnih označevalcev na površini tumorskih celic in ki lahko vodijo do rezistence tumorskih celic na terapijo zaradi pogostih mutacij.
Potencial raziskav žal še ne določa njihove klinične uporabe
Naša raziskava je samo ena od mnogih, ki potekajo zadnje čase in ki so pokazale nove značilnosti razvoja raka ali pa nove vrste terapije. Vse pa je povezano tudi z novimi, bolj občutljivimi in zanesljivimi metodami diagnostike, ki bi nam omogočile tudi bolje napovedovati, katera terapija je za posameznega pacienta najprimernejša.
Te možnosti zdravljenja raka smo preizkusili tudi že in vivo in ne samo na celičnih in vitro modelih in prepričani smo, da potencial nedvomno imajo. Ali jih bomo uspeli spraviti do klinične uporabe, pa je zelo težko napovedati. Od začetnih predkliničnih raziskav na živalskih modelih raka do uporabe je potrebno uspešno najprej dokončati vsa predklinična testiranja in potem prestati tudi vsa klinična testiranja, kar pa je zelo velik zalogaj, tako z eksperimentalnega kot finančnega vidika.
Zadoščenje raziskovalcev je njihova mednarodna uspešnost in boljše življenje ljudi
Oba članka dokazujeta, da so slovenski raziskovalci v svetovnem vrhu na področju raziskav za zdravljenje bolezni in med njimi tudi raka, saj dejavno sodelujejo pri postavljanju novih trendov na tem zelo kompetitivnem področju. Je pa med obema člankoma vseeno ena velika razlika – za pregledni članek so raziskovalci trdo delali nekaj mesecev, za originalnega pa nekaj let. Pa vendar je odgovor na vprašanje, zakaj potem ne pisati samo takšnih preglednih člankov, precej enostaven: če ne ustvarjaš prebojev z originalnimi raziskavami, te nihče ne bo povabil, da bi soustvarjal svetovne trende na področju raziskav v obliki takšnih preglednih člankov. Predvsem pa takšnih kompleksnih raziskav ne moreš delati sam, zato potrebuješ odlično in predano skupino, ki jo Institut »Jožef Stefan« vsaj zaenkrat še ima.
Ob vseh znanstvenih spoznanjih pa aktualno zdravljenje raka še vedno ostaja zapleteno in težko
vprašanje, na katerega pravzaprav raziskovalci ne morejo odgovoriti. Uspešnost zdravljenja je vsekakor odvisna od vrste raka, pa tudi od kar se da učinkovite diagnostike. In če raziskovalci ne morejo razviti čudežnega zdravila, ki bi rešilo vse človeške probleme in težave, je že veliko to, da pomagajo, da bo več ljudi ozdravelo in da bodo bolezen lažje prenašali.
Vir: IJS
