Tím PoxyMed z Ústavu polymérov SAV skúma technológiu v podobe polymérnych nosičov, ktoré umožňujú cielené doručenie liečiv priamo tam, kde sú potrebné. Má to niekoľko výhod, napríklad menší negatívny dopad na okolité tkanivá.
Na konci minulého roka vyhral tím prvý ročník programu Challenger Science, ktorý prepája biznisové rozmýšľanie a vedecký výskum. V rozhovore Juraj Kronek (JK) a Zuzana Kroneková (ZK) za tím opisujú, o aké polyméry ide, čo ho robí špeciálnym, v akých liečbach by sa dal použiť a čo si odniesli z programu.
Výskumu akých polymérnych nosičov sa venujete?
JK: Dlhodobo sa zaoberáme nosičmi na báze poly(2-oxazolínov), ktoré sú schopné tvoriť stabilné nanočastice potrebné na dlhodobú liečbu. Dokážu efektívne zaobaliť liečivo, mRNA alebo DNA, a následne sa používajú, aby ich doručili na miesto účinku a kontrolovane uvoľnili. V súčasnosti sa využívajú hlavne lipidové alebo vírusové nanočastice, ktoré sú známe z pandémie a využívajú sa pri výrobe vakcín.
O aký typ polymérov ide?
JK: Poly(2-oxazolíny) je jedna špecifická časť polymérov. Ich najväčšia výhoda je, že hoci sa pripravujú synteticky, ich štruktúra je veľmi podobná proteínom. Kým tie však imunitný systém rozoznáva, tieto polyméry už nie, a tak protilátky ani iné molekuly už nevytvára. Znamená to, že doručenie v nich zaobaleného liečiva je bezpečné a s minimálnymi vedľajšími účinkami, pričom na efekt liečiva tiež nemajú vplyv.
Tím Igora Lacíka, ktorý skúma využitie polymérov pri liečbe cukrovky, musí hľadať spôsob, ako v nich schovať transplantované bunky. Vy nič takéto nemusíte riešiť?
JK: Aj keď je princíp podobný, polyméry v oboch prístupoch majú rozdielnu veľkosť, štruktúru aj vlastnosti.
Liečba cukrovky transplantáciou je dostupná aj na Slovensku, zatiaľ nie systémovo Čítajte Čím je štruktúra výnimočná, že telo na ňu vôbec nereaguje?
JK: Jeho chemická povaha je veľmi podobná proteínu. Na jeho povrchu sa vytvára tenká vrstva fyzikálne viazanej vody, ktorá zamedzuje nešpecifickú adsorpciu proteínov a buniek. Predpokladá sa, že práve preto sú neviditeľné pre telo.
Sú tieto polyméry niečo vaše, čo na ústave vyvíjate?
JK: Nemôžem povedať, že sú to naše polyméry, pretože ide o veľkú skupinu, o ktorú sa zaujíma mnoho tímov. V rámci celej skupiny sa snažíme maličkou zmenou chemickej štruktúry upravovať vlastnosti. Sú však polyméry, ktoré sme v podstate vymysleli my. Teraz pripravujeme patent, ktorým si chceme túto úzku skupinu polymérov ochrániť a aby výsledky boli ďalej komerčne využiteľné.
Aké sú výhody?
ZK: Okrem presnejšieho cielenia liečby, a teda menšieho dopadu na okolité tkanivá ide o štruktúrnu flexibilitu a variabilitu. Môžeme jeho štruktúru nastaviť alebo prispôsobiť požiadavkám alebo konkrétnej aplikácii. Môžeme sa s hrať s dĺžkou, štruktúrou, dať jej určitú funkciu. Neexistuje univerzálny nosič, ktorý by bol vhodný pre všetky liečivá, lebo tie môžu byť viac hydrofóbne, iné napríklad viac hydrofilné a tak aj nosič musí reflektovať typ liečiva.
JK: V súčasnosti je ťažké nájsť materiál, ktorý je vhodný na všetko. Preto sa mnohé čisto prírodné nosiče alebo biomedicínske materiály využívajú ako hybridné alebo ako chemicky upravené materiály.
Neuroimunológ Žilka: Sú tri faktory, prečo Slovensko hrá prvú ligu vo výskume Alzheimerovej choroby Čítajte Spomenuli ste viaceré typy nosičov. Aké sú medzi nimi rozdiely?
JK: Hoci sú lipidové nanočastice považované za bezpečné a schválené pre medicínske účely, v závislosti od zloženia môžu aktivovať imunitný systém, vyvolať alergickú reakciu alebo zápal. Taktiež sa môžu akumulovať v pečeni. Navyše, na ich skladovanie sa vyžadujú veľmi nízke teploty. Polymérne nanočastice sú stabilnejšie, biokompatibilné, menej rozoznateľné imunitným systémom a majú nastaviteľné vlastnosti.
Tým, že ich modifikujeme malými molekulami a proteínmi, dosiahneme cielené doručovanie do tkanív a kontrolované uvoľňovanie liečiva. Okrem toho, ich použitím sa zvyšuje efektívna dávka liečiva a znižujú vedľajšie účinky na zdravé tkanivá a orgány. Preto sa v súčasnosti takéto nosiče intenzívne študujú. Hoci v súčasnosti existuje veľa typov polymérov vhodných pre transport liečiv, poly(2-oxazolíny) patria medzi najperspektívnešie biomedicínske polyméry pre využitie v rôznych oblastiach medicíny.
A čo vírusové nosiče?
ZK: Vírusové sú veľmi efektívne, ale tiež majú niekoľko zásadných nedostatkov. Tým hlavným jej imunitná reakcia spôsobená zložením kapsidu, teda obalu ich DNA alebo RNA, z rôznych lipidov a bielkovín. Medzi ďalšie nevýhody patria obmedzené množstvo toho, čo nesú, či riziko mutagenézy.
Tím PoxyMed, zľava: Zuzana Kroneková, Juraj Kronek, Alžbeta Minarčíková. (zdroj: Natália Jakubcová)Pri akých typoch liečby sa využívajú polymérne nosiče?
ZK: Teraz sa v podstate začínajú všetky štúdie a klinické testovania polymérnych častíc. Myslím si, že bude čoraz viac liečiv, ktoré sa budú takto dopravovať. Okrem onkologických by sa dali používať aj pri kardiovaskulárnych, neurodegenarítvnych, respiratívnych infekčných ochorenia, ale aj na prevenciu uvedených chorôb. V našom výskume tiež skúmame ich využitie pri liečbe depresie tak, aby sa liečivo lepšie dostalo cez bariéry v mozgu.
JK: V súčasnosti je najčastejšie používaný polymérny nosič poly(etylén glykol), hovorí sa mu PEG. Na lekárske použitie je odsúhlasený už dlhší čas. Aj niektoré vakcíny na COVID-19 mali tieto nosiče. Náš polymér je jeho alternatívou, keďže aj PEG má už nedostatky. Nárast jeho používania v kozmetike, liečivách spôsobil, že telo si začalo vytvárať protilátky, čiže jeho používanie nie je úplne bez nežiaducich účinkov. Preto sa hľadajú alternatívy a polymér, s ktorým pracujeme, sa ukazuje ako jeden z najlepších. Hoci ešte nie je na trhu, jeden liek na Parkinsonovu chorobu, ktorý využíva poly(2-oxazolíny), je už v druhej fáze klinického testovania, čo je krátko pred schválením.
Čo chcete dosiahnuť?
V súčasnosti pracujeme na dvoch hlavných smeroch, a to polymérne nosiče chemoterapeutík využiteľné v liečbe rakoviny a transportné systémy pre mRNA vakcíny a terapie. Práve vzrastajúci potenciál využitia mRNA terapie na liečbu onkologických, kardiovaskulárnych, autoimunitných a neurologických ochorení zvyšuje dopyt po vhodných nosičoch, ktoré dokážu zvýšiť stabilitu, bezpečnosť a efektivitu takejto liečby.
Vedci zo SAV našli molekulu, ktorá zlepší diagnostiku pľúcnych ochorení Čítajte Pomohol vám program Challenger Science sa k tomu priblížiť?
JK: Pomohol nám identifikovať cestu, ktorú je ešte potrebné preklenúť, aby sme sa tam dostali. Vidíme, že je to dlhá cesta, no teraz máme o nej jasnejšiu predstavu a presvedčenie, že do cieľa prídeme.
ZK: Chceli sme vedieť, čo potrebujeme urobiť, aby sa naše inovácie dostali čo najrýchlejšie do praxe. Boli sme si vedomí, že náš výskum má potenciál širšieho využitia v medicínskej praxi, ale potrebujeme rozšíriť náš pohľad pri jeho plánovaní a realizácii. Hlavným prínosom bolo, že hoci my rozumieme štruktúre, biológii, tomu, aké najlepšie vlastnosti polyméru dať, aby bol vhodný na použitie, tak častokrát veci stroskotajú na tom, že po príchode do praxe sa objaví faktor, na ktorý sa nemyslelo.
Program nám ukázal, že sa na to treba pozrieť aj zo stránky komercializácie, ako ísť za firmami, ktoré tieto veci používajú a pýtať sa, čo potrebujú, čo je dôležité. Darmo, objav môže byť vedecky významný, ale ak nebude prakticky využiteľný, tak z neho nič nevzíde. Na to vedci niekedy nemyslia. Z pohľadu pripravenosti technológie sme na štvrtom stupni z deviatich - na ktorom je hotový prototyp - čiže na polceste. Teraz je dôležité sústrediť sa na konečné fázy, teda aby sme in vivo testovanie a ďalšie kroky už robili v spolupráci s firmou, ktorá by to potom chcela vyskúšať aj v predklinickom testovaní.
Čo konkrétne vám to dalo?
ZK: Naučili sme pozerať očami investora, inovátora, získali nové biznisové nastavenie, pochopili procesy, ktoré sú potrebné pre vznik startupu. No hlavne sme získali komunitu ľudí, ktorí nás nesmierne podporujú, pomáhajú preniesť našu predstavu do praxe. Taktiež sme zistili, že je veľký dopyt po inováciách v medicíne, len je potrebné viac komunikovať s farmaceutickými a biotechnologickými firmami, aby sme sa mohli priblížiť potrebám medicínskej praxe.
Našli ste už záujemcu?
ZK: Niečo máme rozbehnuté. Uvidíme, ako to celé pôjde, ale budeme sa snažiť čo najskôr.
JK: Polymérne nosiče sú iba časť skladačky pri vývoji liečiv, preto sme závislí na spolupráci s ľuďmi a firmami, aby sme to vedeli posunúť ďalej a nastavili to podľa potreby. Toto je možno aj odkaz pre iné skupiny, nech hľadajú možnosti ako je napríklad Challenger Science a rozmýšľajú týmto smerom, aby sme posunuli našu vedu ďalej.
Kto tvorí PoxyMed:
Organický chemik Juraj Kronek sa dlhodobo venuje využitiu organickej syntézy pri vývoji nových polymérnych materiálov pre rôzne biomedicínske aplikácie ako sú nosiče liečiv a nukleových kyselín, povrchová úprava implantovateľných zdravotníckych pomôcok, materiály pre regeneratívnu medicínu a podobne.
Biologička Zuzana Kroneková sa venuje štúdiu interakcií polymérnych materiálov so živými organizmami, vývoju metód pre in vitro charakterizáciu polymérov a podieľa sa na vývoji nových nosičov liečiv a polymérov so zníženou imunitnou odpoveďou hostiteľského organizmu.
Alžbeta Minarčíková je ako interná doktorandka momentálne na študijnom pobyte vo Švajčiarsku, uskutočnila väčšinu experimentov a podieľala sa na propagácií výskumu širšej verejnosti.
Tento článok vznikol s podporou ESET Foundation, ktorá každý rok udeľuje ocenenie ESET Science Award výnimočným vedcom a vedkyniam.
