Ma precyzyjnie dostarczyć substancję do organizmu i uwolnić ją w najlepszym możliwym miejscu bez skutków ubocznych. Naukowcy z Wydziału Chemicznego we współpracy z badaczami z Portugalii opracowują nowatorski system kontrolowanego dostarczania leków (ang. Drug Delivery Systems).

Zespół pod kierunkiem dr Moniki Szefczyk z Katedry Chemii Bioorganicznej zajmuje się tworzeniem specjalnych nanostruktur opartych na foldamerach peptydowych, badając ich możliwe zastosowanie jako nośników leków.

– Foldamery peptydowe nad którymi pracujemy to oligomery posiadające zdolność do samoorganizacji w precyzyjne nanostruktury– wyjaśnia dr Monika Szefczyk. – Są one poważnie rozważane jako potencjalne składniki bionanomateriałów ze względu na swoją niezrównaną biokompatybilność i łatwą modyfikację. Dzięki temu mogą być skutecznie stosowane w enkapsulacji i precyzyjnym dostarczaniu leków do organizmu.

Badania nad foldamerami peptydowymi trwają w Katedrze Chemii Bioorganicznej od 2014 roku. Teraz, dzięki udziałowi w międzynarodowym projekcie NANOFOLD, polsko-portugalski zespół naukowców testuje skuteczność działania stworzonych na PWr nanosystemów jako nośników leków przeciwpasożytniczych (np. przeciwmalarycznych).

– Wspólnie z grupą prof. Pauli Gomes z Wydziału Chemii i Biochemii Uniwersytetu w Porto sprawdzamy założoną przez nas użyteczność nanonośników opartych na foldamerach peptydowych – mówi dr Szefczyk. – Leki wytwarzane przez portugalskich partnerów będą enkapsulowane w naszych nanonośnikach, a następnie oceniane pod kątem działania przeciwpasożytniczego i uwalniania leków in vitro.

Wg naszych naukowców nikt wcześniej nie zdołał udowodnić użyteczności zastosowania foldamerów peptydowych w tym celu.

Zabójcza malaria

Związki chemiczne, które są kandydatami na leki przeciwpasożytnicze, często już na etapie badań wstępnych stawiają naukowców przed dodatkowymi wyzwaniami. Są toksyczne, mają słabą rozpuszczalność, a także niską biodostępność.

– Jednym ze sposobów radzenia sobie z takimi ograniczeniami jest enkapsulacja takich związków w liposomach – mówi dr Monika Szefczyk i jako przykład podaje preparat, który zawiera amfoterycynę B na leiszmaniozę.

Stosowanie liposomów daje wiele korzyści – są biodegradowalne, zdolne do przenoszenia leków zarówno hydrofilowych, jak i hydrofobowych. Jednak ich produkcja wiąże się z koniecznością wykorzystania kosztownych surowców i słabo odtwarzalnymi procesami.

– Ponadto dwuwarstwy lipidowe, w tym liposomy, mają niską stabilność termiczną, co wymusza rygorystyczne warunki transportu i przechowywania, jak to ma miejsce w przypadku niektórych szczepionek na COVID-19 – dodaje dr Monika Szefczyk.

To sprawia, że preparaty na bazie lipidów są drogie, a więc praktycznie nieosiągane dla krajów z obszarów tropikalnych i subtropikalnych, gdzie występuje konieczność leczenia chorób endemicznych, takich jak np. malaria.  Jak poważna jest to choroba świadczy fakt, że tylko w 2021 roku zachorowało na nią 241 mln osób w 85 krajach świata (wzrost z 227 mln w 2019 r.). Zmarło prawie 630 tysięcy, z czego 77% stanowiły dzieci do piątego roku życia.

– Pomimo trwających od lat badań nad lekami na tę chorobę wciąż pojawiają się nowe, oporne szczepy pasożytów, a wdrażanie wielu leków przeciwmalarycznych jest hamowane przez problemy z ich toksycznością lub biodostępnością – mówi dr Monika Szefczyk. – Problemy te występują również w przypadku innych leków przeciwpasożytniczych, m.in. antyleiszmanialnych czy na chorobę Chagasa.

Z problemem malarii możemy mieć także do czynienia w... Polsce. Zmieniający się szybko klimat powoduje, że w naszym kraju są już warunki do tego, by ta choroba się rozwijała. Takie ryzyko jest na szczęście niewielkie, ale tym bardziej trzeba dbać o jak najlepszą diagnostykę, by lekarze potrafili szybko rozpoznawać tę chorobę.

Polskie rozwiązanie na pomoc

Zespół prof. Pauli Gomes z Wydziału Chemii i Biochemii Uniwersytetu w Porto opracował nowe klasy związków o silnym działaniu przeciwpasożytniczym in vitro. Okazały się one jednak niezdolne do wykazywania pożądanej aktywności lub bezpieczeństwa w trakcie badań na żywych organizmach.

– Ich enkapsulacja w immunoliposomach pozwoliła przezwyciężyć te ograniczenia – wyjaśnia dr Szefczyk. – Jednak wady nanonośników opartych na lipidach wymusiły poszukiwanie alternatywnych rozwiązań, aby zwiększyć liczbę dostępnych kandydatów na leki przeciwpasożytnicze.

Według badaczy z Wydziału Chemicznego obiecujące pod tym kątem są nanonośniki na bazie peptydów zawierających także nienaturalne aminokwasy,których obecność zwiększa odporność na degradację protolityczną.

W przeciwieństwie do białek nie są tak podatne na denaturację i mogą być łatwo otrzymywane z wykorzystaniem syntezy na podłożu stałym (SPPS). Umożliwia to otrzymywanie szerokiej gamy peptydów o różnych właściwościach, a do tego metoda ta może być w pełni zautomatyzowana.

Dwa lata na dwa nanonośniki

Dr Monika Szefczyk i prof. Paula Gomes poznały się podczas 25. Polskiego Sympozjum Peptydowego w Wojanowie. – Opowiedziała mi o problemach z ich kandydatami na leki, a ja przyznałam, że szukam możliwości praktycznego zastosowania dla naszych foldamerów peptydowych. Od słowa do słowa okazało się, że jest to dobra podstawa do współpracy – mówi dr Monika Szefczyk.

We wspólnym projekcie NANOFOLD, który jest częściowo finansowany przez Narodową Agencję Wymiany Akademickiej (NAWA), zespoły z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu w Porto przez dwa lata będą pracować nad udokumentowaniem założonej przez nich użyteczności nanonośników opartych na foldamerach peptydowych.

Zarówno referencyjne leki przeciwpasożytnicze, jak i kandydaci na leki przeciwpasożytnicze wytwarzane przez portugalskich partnerów będą enkapsulowane w nanonośnikach opracowanych przez naukowców z Wydziału Chemicznego PWr.

– Następnie ocenimy je pod kątem działania przeciwpasożytniczego i uwalniania leków in vitro. Mamy nadzieję, że uzyskamy co najmniej dwa obiecujące nanonośniki – zapowiada dr Monika Szefczyk.

Projekt NANOFOLD jest też okazją do wymiany doświadczeń między obydwoma laboratoriami. Pracującymi w nim naukowcy i doktoranci będą odwiedzać się nawzajem, by poznać specyfikę pracy w różnych ośrodkach naukowych.