Zespół naukowców Centrum Zaawansowanych Technologii UAM pod kierunkiem prof. Artura R. Stefankiewicza prowadzi wstępne badania nad klatkami koordynacyjnymi nowej generacji. W przyszłości struktury te mogłyby pełnić rolę nanotransporterów, umożliwiając celowane dostarczanie i kontrolowane uwalnianie leków w komórkach nowotworowych. Choć projekt jest dopiero na wczesnym etapie, jego powodzenie mogłoby znacząco zmniejszyć skutki uboczne terapii i poprawić jakość życia pacjentów.
– Nasz projekt łączy chemię supramolekularną z enzymatycznie aktywowanymi metodami dostarczania leków – mówi dr Venkateswarulu Mangili, jego koordynator. – W przeciwieństwie do tradycyjnych podejść, które często bazują na pasywnym kierowaniu terapii lub wiążą się z toksycznością ogólnoustrojową, nasze planowane rozwiązanie będzie wykorzystywać specjalnie zaprojektowane nanokapsułki, które otaczając leki przeciwnowotworowe, będą reagowały na enzymy obecne w mikrośrodowisku guza. Projektowane kapsułki pozostaną stabilne w zdrowych, normalnych warunkach, lecz ulegną rozpadowi pod wpływem specyficznych enzymów w obrębie nowotworu, co umożliwi precyzyjne uwolnienie leku dokładnie tam, gdzie jest on potrzebny. Takie podejście pozwoli zmniejszyć toksyczność, jednocześnie zwiększając skuteczność leczenia – wyjaśnia badacz.
Upraszczając – klatki koordynacyjne, o których mowa, to niewielkie, puste w środku struktury zbudowane z jonów metali i cząsteczek organicznych. Ich planowana funkcja polega na działaniu jak molekularne pojemniki zdolne do transportu i ochrony leków. W ramach projektu realizowanego przez chemików CZT naukowcy planują zaprojektować kapsułki, które pozostaną zamknięte podczas krążenia w organizmie, a następnie otworzą się w odpowiedzi na specyficzne enzymy obecne w mikrośrodowisku nowotworu, umożliwiając uwolnienie leku w optymalnym miejscu.
Badania są prowadzone w ramach projektu „Enzyme Responsive Nanoscale Supramolecular Capsules with Application in Anticancer Drug Delivery”, finansowanego z konkursu POLONEZ BIS 2 Narodowego Centrum Nauki oraz Programu Ramowego Horyzont 2020 (grant Marii Skłodowskiej-Curie).
Całym projektem kieruje prof. Artur R. Stefankiewicz, którego badania koncentrują się na kontrolowaniu i wykorzystywaniu procesów rozpoznawania molekularnego oraz samoasocjacji w celu otrzymania funkcjonalnych i złożonych nanostruktur. Kluczowe znaczenie odgrywa strategiczne zastosowanie dynamicznych wiązań kowalencyjnych i niekowalencyjnych.
Profesor ma na swoim koncie liczne publikacje w renomowanych czasopismach naukowych, takich jak „Science”, „Nature Chemistry”, „Nature Communications”, „Angewandte Chemie International Edition”, „Chemical Science”, „Advanced Science” czy „Chemical Reviews”. W trakcie swojej kariery był laureatem i uczestnikiem wielu prestiżowych programów badawczych, w tym projektów SONATA BIS 8, LIDER oraz OPUS. Od 2020 r. pełni również funkcję koordynatora wydziałowego w ramach europejskiego grantu EPICUR.
W obecnie realizowanym projekcie prof. Stefankiewicz nadzoruje postępy naukowe koordynowane przez dr. Mangilego – badacza podoktorskiego z ponaddwunastoletnim doświadczeniem w chemii supramolekularnej, organicznej oraz syntezie materiałów. Naukowiec zdobywał doświadczenie m.in. na Uniwersytecie w Ulsan (Korea Południowa) i w Indian Institute of Science w Bangalore. Specjalizuje się w projektowaniu i syntezie funkcjonalnych układów molekularnych, ze szczególnym uwzględnieniem struktur samoorganizujących się oraz ich zastosowań w dostarczaniu leków, detekcji i materiałoznawstwie.
Projekt realizowany jest we współpracy z dwojgiem doktorantów. Agnieszka Bajer zajmuje się syntezą i charakterystyką klatek koordynacyjnych bazujących na kobalcie, natomiast Sidharth Walia koncentruje się na otrzymaniu nowych struktur skoordynowanych z platyną, które mogą znaleźć zastosowanie w katalizie i rozpoznawaniu molekularnym. Całość prac badawczych, w tym koordynacja prac zespołu doktorantów, pozostaje pod bezpośrednim nadzorem dr. Mangilego.
– W perspektywie długoterminowej chciałbym stworzyć własną grupę badawczą, skupioną na bioinspirowanej chemii supramolekularnej na przecięciu chemii, biologii i nauki o materiałach. W najbliższym czasie zamierzam aplikować o finansowanie w ramach programów OPUS i SONATA BIS – wyjaśnia dr Mangili.
Zespół stawia czoło kilku wyzwaniom. Jednym z największych będzie zapewnienie, by projektowane klatki reagowały wyłącznie na enzymy charakterystyczne dla mikrośrodowiska nowotworu, nie ulegając aktywacji w zdrowych tkankach. Kolejnym istotnym aspektem będzie znalezienie równowagi między stabilnością kapsułek w krwiobiegu a ich szybkim i selektywnym rozpadem pod wpływem wybranego enzymu. Zespół planuje także skupić się na zapewnieniu biokompatybilności wszystkich komponentów systemu – jonów metali, łączników organicznych oraz leków, a także na opracowaniu efektywnych metod ich enkapsulacji i kontrolowanego długotrwałego uwalniania.
Na razie badania są na wczesnym etapie. – Z powodzeniem zsyntetyzowaliśmy i scharakteryzowaliśmy rozpuszczalne w wodzie klatki koordynacyjne, a obecnie pracujemy nad optymalizacją ich zdolności do enkapsulacji leków oraz mechanizmów ich uwalniania – wyjaśnia kierownik projektu. – Następnym krokiem będzie przeprowadzenie badań nad uwalnianiem leków w odpowiedzi na enzymy – zapowiada.
– Podczas pracy nad projektem zdobyłem cenną wiedzę na temat projektowania i syntezy klatek, które w przyszłości mogą posłużyć jako systemy kontrolowanego dostarczania leków, a także znaczenia precyzyjnej architektury molekularnej i sposobów przekładania wyników badań laboratoryjnych na praktyczne zastosowania – podsumowuje dr Mangili.
Zobacz też: Prof. Artur Stefankiewicz. Proszę trzymać kciuki!
