Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Nazwa związku pochodzi od greckiego słowa chele i oznacza ‘kleszcze, szczypce raka’. Naukowcy analizują zatem właściwości takiej cząstki, która koordynuje w sposób kleszczowy określone metale, w tym wypadku cząsteczki żelaza. Interesujące jest, w jaki sposób owe związki działają na komórki nowotworowe. W tego typu pracach zawsze wyznacza się kilka celów molekularnych. W przypadku chelatorów żelaza są nimi:

1. wpływ na kluczowy enzym w syntezie DNA, reduktazę rybonukleotydową. Jedną z właściwości komórek nowotworowych jest ich zdolność do bardzo szybkiego namnażania się w organizmie. Zadanie chelatora polega w tym wypadku na zablokowaniu syntezy DNA, a przez to na zatrzymaniu procesu namnażania komórek rakowych.
2. tworzenie reaktywnych form tlenu. Okazuje się, że chelator wraz ze skompleksowanym żelazem biorą udział w tak zwanej reakcji Fentona, w wyniku której tworzy się rodnik hydroksylowy, śmiercionośne indywiduum chemiczne, zabijające miejscowo to, co znajduje się w jego pobliżu, a więc także komórkę nowotworową.
3. zaburzenie metabolizmu żelaza w komórkach neoplastycznych, które prowadzi do ich obumarcia.

Badaniom nad chelatorami żelaza zajął się dr inż. Maciej Serda, właśnie im poświęcając swój przewód doktorski. – Miałem do wyboru dwa tematy. Moją uwagę przyciągnęła jednak chemia chelatorów żelaza. Zostałem pozytywnie „zarażony” ideą i rozpoczęły się nasze poszukiwania – opowiada badacz. Przygodę z chemią Maciej Serda zaczął bardzo wcześnie, bo już w wieku ośmiu lat. Jak sam przyznaje, w szkole podstawowej miał pewien rodzaj „naukowego ADHD”. Jego pierwszym laboratorium była kuchnia. Tworzył mieszanki, wykorzystując saletrę, cukier i inne składniki. Udało mu się również otrzymać proch. – Zdarzało się, że rodzice wracali do domu, a ja nie miałem rzęs, bo mi się spaliły w wyniku jakiegoś eksperymentu. Na szczęście dom i szkoła nadal stoją – dodaje ze śmiechem. Została również miłość do laboratorium. Chemik podkreśla także znaczenie zespołu badawczego, w którego skład wchodzili dr hab. Robert Musioł z Zakładu Chemii Organicznej oraz mgr Anna Mrozek-Wilczkiewicz z Zakładu Chemii Organicznej oraz Zakładu Fizyki Ciała Stałego, a którym kierował prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański, kierownik Zakładu Chemii Organicznej na Wydziale Matematyki, Fizyki i Chemii UŚ.

„Chemiczna” droga wówczas jeszcze mgra inż. Smerdy zaczęła się od przeglądania specjalistycznej literatury oraz baz danych w poszukiwaniu obiecujących klas związków chemicznych czy nawet pojedynczego prekursora oraz przestudiować patenty, aby nie powielać przeprowadzonych już badań. W fazie projektowania za pomocą oprogramowania chemicznego rozpoczynał się proces modelowania i modyfikacji wybranego związku. – Załóżmy, że mamy określony cel molekularny, na przykład białko. Prowadzi się symulacje komputerowe, dokowanie substancji aktywnej, czyli dopasowywanie zaprojektowanych przez nas cząsteczek do danego celu. Wykorzystywany przez nas program pokazuje ranking związków dopasowujących się lepiej i gorzej – tłumaczy dr inż. Serda. Opisane działania są wykonywane przez chemoinformatyków, którzy przekazują owe wyniki chemikom syntetykom. – Czynności te możemy porównać do pieczenia ciasta. Ranking związków wskazywał, jaki powinien być jego „aromat”, na przykład waniliowy lub cynamonowy. Natomiast moje zadanie polegało na znalezieniu odpowiedniego przepisu na ciasto o pożądanym aromacie – dodaje.

Załóżmy, że udaje się zsyntezować zaprojektowany związek. Kolejny etap polega na jego opisaniu z wykorzystaniem metod fizykochemicznych. Na tym etapie rozpoczyna się również współpraca z kolejnym badaczem – biologiem molekularnym, którego zadaniem jest eksperymentalne wyznaczenie aktywności otrzymanego związku. W wypadku badań prowadzonych w Instytucie Chemii UŚ analizy te są robione przy współpracy Śląskiego Międzyuczelnianego Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych w Chorzowie. W pierwszej fazie testów związki te podawane są do komórek rakowych, zaś w następnej sprawdza się ich działanie na komórki zdrowe. Kolejny etap badań wymaga przeprowadzenia złożonych testów molekularnych, pozwalających na znalezienie celów molekularnych dla zaprojektowanej substancji. Po wykonaniu tych badań można przystąpić do testów na zwierzętach.

Prace nad nowymi lekami są niezwykle skomplikowane. Wymagają przede wszystkim ogromnych nakładów finansowych i czasu. Towarzyszy im wysokie ryzyko badawcze i finansowe. Droga do otrzymania leku jest długa i wyboista. Szacuje się, że wprowadzenie nowego leku na rynek, to koszty rzędu od jednego do dwóch miliardów dolarów. Profesor Polański przyrównuje tę działalność do gry w ruletkę: – Kładziemy banknot, przegrywamy, kładziemy następny, znów przegrywamy. Być może za kolejnym razem uda nam się wygrać. Stąd wynika konieczność ochrony patentowej produktu, która pozwala na odzyskanie zainwestowanego kapitału.

Firma farmaceutyczna jest jak wygłodniały sukcesu rekin. Jednak tylko takie rekiny potrafią zapewnić nam leki, które kupujemy w aptece. Grupa pracująca w Zakładzie Chemii Organicznej zaangażowana jest zatem we wstępną fazę badań związaną z projektowaniem molekularnym, którego celem jest poszukiwanie takich związków, które mogą być w przyszłości interesujące dla rynku farmaceutycznego. Podstawowa trudność wiąże się z znalezieniem takiego związku, który zniszczyłby – po wcześniejszym rozróżnieniu – chore komórki czy pasożyty, oszczędzając jednocześnie organizm gospodarza.

– Dr. Serdzie udało się uzyskać około sześćdziesięciu różnych związków, z czego dwa są szczególnie ciekawe ze względu na najwyższą jak dotąd zaobserwowaną aktywność. Dlatego przygotowane zostało również zgłoszenie patentowe – wyjaśnia profesor Polański.

Małgorzata Kłoskowicz

Artykuł ukazał się drukiem w numerze 1 (211) „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” (październik 2013)