Nowa kapilara oraz metoda oznaczania rodnika melaninowego dla zastosowania w badaniach przedklinicznych potencjalnych leków na czerniaka na modelu zarodków Danio rerio

Rodniki, czerniak i danio pręgowany

Dr Katerina Makarova z Wydziału Farmaceutycznego Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego opracowała wraz z zespołem innowacyjną metodę do badania wolnych rodników melaniny, czyli jednych z głównych winowajców odpowiedzialnych za rozwój czerniaka. W swoich badaniach wykorzystuje model zwierzęcy oparty na przezroczystych zarodków niewielkiej słodkowodnej rybki – danio pręgowanego. Jest to metoda, która pozwala na znaczne skrócenie czasu, uproszczenie i zmniejszenie kosztów badań przedklinicznych nowych leków na czerniaka. „Dzięki dotacji otrzymanej od Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w ramach działania Proof of Concept finansowanego z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG) chcemy przeprowadzić analizę rynku związanego z diagnostyką i terapią czerniaka w Polsce, Europie i USA, sprecyzować grupy odbiorców i dostosować do nich naszą metodę, przeprowadzić badania pilotażowe na kilku liniach komórkowych czerniaka, a także przygotować plan komercjalizacji” – mówi dr Katerina Makarova.

Melanina to jeden z najbardziej rozpowszechnionych w przyrodzie, naturalnych barwników. Odpowiada za kolor naszej skóry, włosów i oczu, odgrywa kluczową rolę w ochronie organizmu przed szkodliwym działaniem promieni słonecznych, a także uczestniczy w termoregulacji i wchłanianiu toksyn. Ale melanina ma też swoją ciemną stronę –rodniki melaniny są jednym z istotniejszych czynników odpowiedzialnych za rozwój czerniaka. Częstość występowania czerniaka na całym świecie rośnie, potrzebne są więc nowe skuteczne metody diagnozowania i leczenia tego nowotworu. Ostatnio coraz częściej jako pierwszy model zwierzęcy do badania mechanizmów rozwoju czerniaka oraz potencjalnych leków przeciwczerniakowych wykorzystuje się zarodki ryby danio pręgowanego (Danio rerio). Dlaczego akurat danio? Bo jest to mała ryba, łatwa w hodowli, charakteryzująca się krótkim cyklem rozwoju i dużą liczbą potomstwa. Co ciekawe, ponad 2/3 genów danio pręgowanego jest identycznych z genami ludzkimi. Ponadto, zarodki danio rozwijają się w wodzie i są przezroczyste, co bardzo ułatwia obserwacje zachodzących zmian.

„Jedyną znaną metodą, która pozwala wykryć i zidentyfikować rodzaj rodników melaniny jest elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR). Jeśli chcemy za pomocą tej metody badać rodniki w zarodkach danio pręgowanego, to aby uzyskać wystarczającą czułość pomiaru, konieczne jest zastosowanie większej mocy promieniowania mikrofalowego niż w przypadku badań na modelach szczurzych lub mysich. Problem polega jednak na tym, że zastosowanie silniejszego promieniowania powoduje, że badana próbka, umieszczona w standardowej kapilarze, mocno się nagrzewa – nawet o kilkanaście stopni. Naszym osiągnięciem było stworzenie nowej, nienagrzewającej się kapilary, która pozwala na badania rodników melaniny w zarodkach Danio rerio za pomocą EPR.  Jest to metoda nieinwazyjna, a zarodki, umieszczone w naszej kapilarze, mogą być monitorowane nawet przez kilka dni. Ta specjalnie ukształtowana kapilara chroni je bowiem od przegrzewania w czasie pomiarów” – tłumaczy dr Katerina Makarova.

Technologia ta znajduje zastosowanie w badaniach parametrów biologicznych i/lub fizycznych organizmu modelowego, jakim jest danio pręgowany, w tym poziomu rodników melaniny. Pozwala na prowadzenie precyzyjnych badań w zakresie mechanizmów rozwoju chorób (przede wszystkim czerniaka) oraz skuteczności leków przeciwnowotworowych, a w przyszłości być może także leków przeciwko chorobie Alzheimera czy chorobie Parkinsona. Potencjalnie metoda ta może być wykorzystywana również do tworzenia spersonalizowanego leczenia pacjentów z nowotworem skóry, poprzez możliwość szybkiego testowania na modelu działania kilku leków jednocześnie i wyborze najskuteczniejszej kombinacji lekowej.

Dr Katerina Makarova pochodzi z Białorusi. Ukończyła, z wyróżnieniem, studia na Wydziale Radiofizyki Białoruskiego Uniwersytetu Państwowego w Mińsku. Część eksperymentalną swojej pracy magisterskiej wykonała podczas 3-miesięcznego pobytu w Laboratorium Biofizyki na Uniwersytecie Wageningen w Holandii. W latach 2006-2008 studiowała i pracowała w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk. W tym czasie odwiedziła również Uniwersytet Gandawski w Belgii i Uniwersytet w Tartu w Estonii. Od 2006 do 2011 roku realizowała jako stypendystka, studia doktoranckie w Laboratorium Biofizyki Uniwersytetu Wageningen. Od 2009 roku pracuje w Zakładzie Chemii Fizycznej, obecnie Zakładzie Chemii Organicznej i Fizycznej, Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. Za projekt „Kapilara do oznaczania rodnika melaniny in vivo metodą EPR z wykorzystaniem modelu embrionów danio pręgowanego” otrzymała, wraz z dr Katarzyną Zawadą, złoty medal podczas XV edycji targów INTARG w 2022 roku. Projekt ten został również wyróżniony nagrodą Special Award of Euroinvent 2022 Romania.