Jednym z najczęściej diagnozowanych nowotworów na świecie, w tym w Polsce, jest rak płuc. Według statystyk Światowej Organizacji Zdrowia w 2022 roku odnotowano 2,5 miliona nowych zachorowań i 1,8 miliona zgonów. Mimo postępów w diagnostyce i leczeniu nadal należy do nowotworów o najgorszym rokowaniu. Pięcioletnią przeżywalność odnotowuje się u około 18% chorych, natomiast w przypadku choroby zaawansowanej z przerzutami odsetek ten spada do około 5%. Do wysokiej śmiertelności przyczyniają się m.in. dym tytoniowy, zanieczyszczenie powietrza w wysoko rozwiniętych krajach oraz późna diagnostyka. Dr Katarzyna Malarz, prof. UŚ z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach jest kierowniczką projektu pt. „Podwójne precyzyjne uderzenie wobec niedrobnokomórkowego raka płuca. Spojrzenie na wielokierunkowe terapie oraz krajobraz zmienności mutacyjnej i opornościowej” dofinansowanego w konkursie OPUS Narodowego Centrum Nauki. Przedsięwzięcie realizowane jest we współpracy z Politechniką Śląską i Politechniką Krakowską im. Tadeusza Kościuszki.

Dr Katarzyna Malarz, prof. UŚ podczas pracy w laboratorium przy hodowli komórkowej

Trudny przeciwnik

– Istnieje wiele przyczyn, dla których niedrobnokomórkowy rak płuca jest tak trudnym przeciwnikiem. Jedną z najważniejszych jest jego duża heterogenność, czyli zróżnicowanie genetyczne. W obrębie jednego nowotworu może występować nawet kilkanaście różnych mutacji – wyjaśnia badaczka.

Choć coraz częściej stosuje się terapie celowane, zazwyczaj są one ukierunkowane tylko na jeden cel molekularny. Dr Katarzyna Malarz, prof. UŚ w swoich badaniach chce pójść o krok dalej i opracować terapię wielocelową, która jednocześnie oddziałuje na kilka mechanizmów rozwoju nowotworu.

– To ważne, ponieważ komórki rakowe potrafią wykształcić oporność na leczenie skierowane przeciwko pojedynczemu celowi. Atakując kilka punktów jednocześnie, zwiększamy szansę na skuteczniejsze zahamowanie rozwoju choroby – mówi naukowczyni.

Nowe podejście do terapii

Projekt zakłada opracowanie wielocelowych cząsteczek, które jednocześnie będą działały na dwa mechanizmy odpowiedzialne za rozwój raka: mikrotubule, czyli elementy cytoszkieletu komórki warunkujące jej strukturę i podział, oraz receptor EGFR, który pobudza komórki nowotworowe do wzrostu i proliferacji. Następnie porównane zostaną dwa podejścia: jedna cząsteczka działająca na oba cele jednocześnie oraz klasyczna terapia skojarzona, by sprawdzić, czy jedna wielofunkcyjna cząsteczka będzie skuteczniejsza niż obecnie stosowane łączenie dwóch leków. Wybór tych dwóch celów nie jest przypadkowy. Receptor EGFR odpowiada za przekazywanie sygnałów pobudzających komórki nowotworowe do wzrostu, mikrotubule natomiast odgrywają kluczową rolę w procesie ich podziału. Jednoczesne oddziaływanie na oba mechanizmy może zwiększyć skuteczność terapii i utrudnić komórkom nowotworowym rozwój oporności.

Dr K. Malarz, prof. UŚ podkreśla, że projekt ma przybliżyć leczenie dopasowane do konkretnego pacjenta. Prowadzone badania pozwolą uzyskać wyniki jak najbardziej zbliżone do tego, co dzieje się w organizmie chorego.

– W projekcie wykorzystuję różne modele badawcze – od klasycznych linii komórkowych, które są dobrze poznane i szczegółowo scharakteryzowane, po bardziej zaawansowane modele 3D, czyli sferoidy, które lepiej odzwierciedlają strukturę i mikrośrodowisko nowotworu.

Chcę badać również komórki pozyskane od pacjentów. Dzięki temu możemy pracować na modelach, które są znacznie bliższe rzeczywistej sytuacji klinicznej, i lepiej ocenić skuteczność oraz mechanizm działania opracowywanych związków – wyjaśnia naukowczyni.

Modele 3D lepiej odwzorowują prawdziwy nowotwór niż tradycyjne hodowle komórkowe. Pozwalają badać m.in. przenikanie leków, mikrośrodowisko guza oraz zachowanie komórek bardziej przypominające warunki kliniczne. Niedawno w ramach projektu zakupiono specjalistyczne urządzenie CelVivo ClinoStar, czyli zaawansowany bioreaktor umożliwiający prowadzenie hodowli trójwymiarowych struktur komórkowych (sferoidów i organoidów).

Projekt jest obecnie na etapie badań eksperymentalnych. To proces oparty na ścisłej współpracy między partnerami, obejmujący projektowanie nowych cząsteczek, ich syntezę, testy biologiczne, analizę wyników oraz ponowne dostrojenie ich budowy.

Komórki traktowane związkami, które wpływają na sieć mikrotubul (na niebiesko wybarwione jądro, na czerwono mikrotubule)

– Mamy już przebadanych kilka grup związków. Potwierdziliśmy ich aktywność antyproliferacyjną i rozpoczęliśmy badania nad mechanizmem ich działania. Widzimy, że związki rzeczywiście oddziałują na zakładane cele molekularne. W najbliższym czasie spodziewamy się kolejnej serii cząsteczek opracowanych wspólnie z naukowcami z Politechniki Krakowskiej. Następnie przeprowadzimy badania przesiewowe, ocenimy ich aktywność biologiczną i przekażemy wyniki partnerom, którzy na podstawie uzyskanych danych będą mogli dalej modyfikować strukturę związków – mówi dr K. Malarz, prof. UŚ.

Jak wyprzedzić nowotwór?

W projekcie nie chodzi tylko o stworzenie nowego leku, ale także o zrozumienie, dlaczego z czasem przestaje on działać i jak temu zapobiec.

– Drugą częścią projektu jest analiza krajobrazu mutacyjnego i mechanizmów oporności w raku płuca. Chcę sprawdzić, czy podczas długotrwałego leczenia komórki nowotworowe wykształcają oporność na opracowywane związki. Następnie planujemy przeprowadzić sekwencjonowanie i stworzyć swoistą mapę zmian molekularnych, aby zrozumieć, jakie mechanizmy za to odpowiadają. Dzięki temu będzie można zaproponować dodatkowe leki, które zablokują te procesy i pomogą przełamać oporność na terapię – wyjaśnia naukowczyni.

Opracowywane rozwiązania mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie nie tylko w przypadku niedrobnokomórkowego raka płuc, lecz również w innych typach nowotworów, np. glejaku wielopostaciowym, przerzutach raka płuc do mózgu i raku jelita grubego.

– Nie bez przyczyny zajęłam się niedrobnokomórkowym rakiem płuca. Wcześniej prowadziłam badania nad glejakiem wielopostaciowym i choć są to nowotwory rozwijające się w różnych narządach, to na poziomie molekularnym wykazują wiele podobieństw. Dotyczy to przede wszystkim zaburzeń związanych z receptorem EGFR. Z tego względu opracowywane związki chcemy przetestować również w modelach glejaka, a także w innych nowotworach, w których ta ścieżka sygnałowa odgrywa istotną rolę – wyjaśnia badaczka.

Coraz więcej wykorzystywanych dziś narzędzi wspomaganych jest przez sztuczną inteligencję. AI i modelowanie komputerowe nie zastępują badań laboratoryjnych, ale pozwalają znacznie zawęzić liczbę związków, które warto syntetyzować i testować.

– Korzystamy z modelowania molekularnego, dokowania molekularnego czy AlphaFold, które pozwalają przewidzieć, jak dana cząsteczka będzie oddziaływać z białkiem. Tworzymy również wirtualne biblioteki tysięcy związków i możemy sprawdzić, które z nich mają największy potencjał, zanim zostaną zsyntetyzowane i przebadane w laboratorium. Oczywiście modele komputerowe nie zastąpią eksperymentów, ale bardzo pomagają wskazać najbardziej obiecujące kierunki badań – mówi naukowczyni.

Zdaniem dr K. Malarz, prof. UŚ przyszłość leczenia raka płuc należy do terapii spersonalizowanych, leków wielocelowych oraz szybszej diagnostyki molekularnej.

– Dziś często zdarza się, że próbka guza trafia do sekwencjonowania w celu wykrycia zmian molekularnych, ale wyniki przychodzą zbyt późno. Pacjent nie doczekuje wdrożenia terapii celowanej. Mam nadzieję, że w przyszłości uda się znacząco skrócić ten czas, bo szybka diagnostyka jest równie ważna jak opracowanie nowych leków – podsumowuje badaczka.