„Mamy więcej niż zalążek leku”. Odkrycie z Politechniki Krakowskiej może uratować życie chorym na raka jelita

Na całym świecie co roku diagnozuje się niemal 2 miliony nowych przypadków raka jelita grubego, a blisko 900 tysięcy osób umiera z jego powodu, co czyni ten nowotwór trzecim pod względem częstości występowania i drugim pod względem śmiertelności. W Polsce rocznie wykrywa się od 18 do 20 tysięcy nowych zachorowań, z których około połowa kończy się śmiercią pacjenta.

Zespół badawczy kierowany przez dr inż. Damiana Kułagę z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej od kilku lat poszukuje związków chemicznych, które mogłyby w przyszłości pomagać w leczeniu raka jelita grubego (CRC – Colorectal Cancer) oraz potrójnie negatywnego raka piersi (TNBC – Triple-negative Breast Cancer).

– Nowotwory te, w przypadku wczesnego wykrycia, mogą być skutecznie leczone, jednak najczęściej pacjenci diagnozowani są w późnych stadiach, gdy nawet operacja wycięcia guza nie przynosi zadowalających efektów. Komórki nowotworowe mają czas, by rozlać się po organizmie, powodując przerzuty np. do węzłów chłonnych lub do kości. Ten etap choroby jest najbardziej problematyczny do leczenia i nierzadko kończy się śmiercią pacjenta. – mówi dr inż. Damian Kułaga.

Biologia nowotworów jest bardzo złożona, a mimo że współczesna medycyna dysponuje różnymi metodami leczenia, wciąż potrzeba nowych badań, ponieważ dostępne terapie nie zawsze są skuteczne.

– Terapie, które znamy, często powodują poważne efekty uboczne, oddziaływując nie tylko na chore, ale i zdrowe tkanki. Niektóre komórki nowotworowe są na tyle sprytne, że niejako uodparniają się na dany lek, podobnie jak bakterie na antybiotyki. – wyjaśnia dr inż. Kułaga.

Pomysł zbadania pochodnych tryptamin wzbogaconych układem 1,3,5-triazyny oraz 2-aminopirymidyny jako potencjalnie przeciwnowotworowych związków pojawił się u naukowca niemal przypadkiem.

– W ramach doktoratu zajmowałem się syntezą 1,3,5-triazyn, ale w badaniach ukierunkowanych na receptor 5-HT7 związany z chorobami centralnego układu nerwowego. W tym czasie pojawiły się pierwsze publikacje dotyczące jego powiązań z kancerogenezą. To była inspiracja, chciałem podążyć tym tropem. – mówi dr inż. Damian Kułaga.

W początkowej fazie prac, realizowanych w ramach programu „Lider” Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, zespół skupił się na sprawdzeniu, czy tryptamino-triazyny i tryptamino-pirymidyny mogą niszczyć komórki raka piersi.

W laboratoriach Politechniki Krakowskiej odkryto związek chemiczny, który daje nadzieję na skuteczną walkę z rakiem jelita grubego. DK-AT390HCl powstał wśród ponad 200 zaprojektowanych i zsyntetyzowanych substancji, które pierwotnie były badane pod kątem aktywności przeciwnowotworowej w raku piersi.

– Związek, któremu nadaliśmy nazwę DK-AT390HCI – co ciekawe – nie wykazywał jakiejś specjalnej aktywności na liniach komórkowych potrójnie negatywnego raka piersi. Ale poddanie go dalszym analizom – badaniom biologicznym prowadzonym we współpracy z Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie – okazało się strzałem w dziesiątkę w poszukiwaniu leku na raka jelita grubego. – mówi dr Damian Kułaga.

Kilkanaście związków zostało przebadanych przez dr Izabelę Siemińską z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, specjalistkę m.in. w immunonkologii raka jelita grubego. To właśnie DK-AT390HCl okazał się najskuteczniejszy – znacznie lepiej działał na komórki raka jelita niż na komórki raka piersi.

– Na początku naszych badań pracowaliśmy na liniach komórkowych – zarówno nowotworowych, jak i zdrowych. Dzięki temu udało się wyselekcjonować ten jeden związek, który praktycznie nie uszkadzał zdrowych komórek, a jednocześnie bardzo silnie działał na komórki nowotworowe raka jelita. To, wraz z dodatkowymi badaniami, zasugerowało nam, że może on mieć dobrą selektywność i potencjał terapeutyczny. – wyjaśnia dr wet. Izabela Siemińska.

Badania wykazały, że jednym z mechanizmów działania DK-AT390HCl jest hamowanie autofagii komórek nowotworowych – procesu, w którym komórki „samozjadają” swoje uszkodzone części, by pozyskać energię i przetrwać. W nowotworach, szczególnie tych z mutacją KRAS lub BRAF, autofagia nasila się w trudnych warunkach, np. podczas chemioterapii.

– Chcemy ten proces powstrzymać, żeby komórki nowotworowe nie miały jak się bronić. – tłumaczy dr inż. Damian Kułaga.

Działanie związku naukowcy porównują do klucza pasującego do zamka.

– Zamkiem jest swoista kinaza lipidowa – czyli białko, kluczem natomiast jest cząsteczka DK-AT390HCl. Podobnie jak klucz otwiera drzwi, tak nasz związek idealnie pasuje do kinazy i blokując ją, wywołuje w komórkach nowotworowych kolejne procesy biologiczne, w tym autofagię. – dodaje dr Kułaga.

Odkrycie PK i URK zostało zabezpieczone czterema patentami, w tym jednym w trybie PTC, co daje szansę na ochronę także poza granicami Polski.

Naukowcy podkreślają, że przed nimi jeszcze wiele pytań do rozstrzygnięcia:

– Czy faktycznie istnieje związek pomiędzy autofagią a hamowaniem ekspresji czynnika FOXM1, jak pokazują nasze badania? Czy to dwie niezależne ścieżki, czy powiązane? I najważniejsze – czy związek, który działa u myszy, będzie równie skuteczny w tkankach ludzkich, np. w modelu ex vivo PDO? Na obecnym etapie mamy już wstępny profil bezpieczeństwa in vivo, który wygląda obiecująco. Teraz będziemy sprawdzać, czy dalsze testy potwierdzą te wyniki. – ujawnia ekspert.

– Za pomocą metod komputerowych, analizy literaturowej, a także wyników badań wstępnych zaprojektowałem grupę związków do syntezy. Synteza prowadzona była wyłącznie metodami bezpiecznymi dla środowiska. Dzięki opracowanej metodzie powstało pierwsze zgłoszenie patentowe. – mówi dr inż. Damian Kułaga.

Najlepsze związki były testowane pod kątem powstrzymywania mnożenia się komórek TNBC, a DK-AT390HCl okazał się najskuteczniejszy w badaniach przeciwnowotworowych, w tym testach migracji komórek i tworzenia kolonii.

W 2024 r. zespół dr. Kułagi, współpracując z Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie, uzyskał dofinansowanie z funduszy europejskich na dalsze badania biologiczne DK-AT390HCl w modelu raka jelita grubego.

– Prowadziliśmy ocenę skuteczności in vitro, testy tworzenia kolonii i migracji komórek nowotworowych, wyznaczaliśmy maksymalną tolerowaną dawkę, ocenialiśmy potencjał do zmniejszenia masy guza oraz badania molekularne tkanki guza. – wymienia dr Kułaga.

Końcowe analizy potwierdziły, że DK-AT390HCl działa wybiórczo na komórki nowotworowe, nie niszcząc zdrowych tkanek.

– Wyniki są bardzo obiecujące dla dalszych prac nad lekiem na raka jelita grubego. Ale trzeba pamiętać, że droga od odkrycia do skutecznej terapii dla pacjentów jest długa i wymaga wielu kolejnych etapów badań, w tym badań klinicznych. – dodaje dr Izabela Siemińska.

Komercjalizacja obiecujących wyników badań naukowców może pójść teraz w kilku kierunkach.

– Po zakończeniu obecnego etapu badań nasza cząsteczka jest na czwartym poziomie gotowości technologicznej (TRL). Przy solidnym finansowaniu jesteśmy w stanie na uczelni osiągnąć poziom może TRL6 czyli gotowość naszego rozwiązania do badań klinicznych. Te są jednak niezwykle drogie badania i chyba nie ma obecnie uniwersytetu w Polsce, zdolnego finansowo, aby samodzielnie takie badania przeprowadzić – przyznaje dr inż. Damian Kułaga.

Obecnie wspólnie z Centrum Transferu Technologii Politechniki Krakowskiej rozważane są różne drogi komercjalizacji odkrycia, które mają przyspieszyć jego wdrożenie z laboratoriów do praktyki medycznej. Ma to szczególne znaczenie w obliczu rosnącej liczby zachorowań na raka jelita grubego w Polsce i na świecie, zwłaszcza wśród osób poniżej 50. roku życia. Według prognoz International Agency for Research on Cancer, działającej przy Światowej Organizacji Zdrowia, do 2040 roku liczba przypadków nadal będzie wzrastać, w szczególności w krajach rozwijających się.

Stąd m.in. możliwość sprzedaży praw patentowych do cząsteczki opracowanej na Politechnice Krakowskiej firmie farmaceutycznej –  polskiej lub zagranicznej, przy zagwarantowaniu wcześniej międzynarodowej ochrony patentu.

– Chętnie nadal współpracowalibyśmy z podmiotem zainteresowanym naszym rozwiązaniem na etapie dalszych badań – syntezy nowych związków chemicznych pod cel biologiczny, czyli prowadzenia prac nad nimi do poziomu TRL3 lub TRL4. Partnerstwo z firmą z branży rozszerzyłoby możliwości elastycznego finansowania i prowadzenia dalszych badań – zakłada dr inż. Damian Kułaga.

Wartość dotąd przeprowadzonych prac polskich naukowców podnosi ich innowacyjność, potwierdzona rosnącą listą uzyskanych już patentów i zgłoszeń patentowych oraz publikacje, w prestiżowych czasopismach naukowych, poświęcone polskim odkryciom.