Nowotwór złośliwy dotyka nas wszystkich,
szczególnie te jego postaci, które ciągle nawracają,
bardzo inwazyjne, lekooporne,
które nie poddają się leczeniu medycznemu,
nawet jeśli atakujemy najlepszymi lekami.
Inżynieria na poziomie molekularnym,
praca na najmniejszej ze skal,
daje fascynujące, nowe możliwości
zwalczania najbardziej agresywnych rodzajów nowotworów złośliwych.
Nowotwór złośliwy to przebiegła choroba.
Na szczęście z pewnymi jego postaciami
radzimy sobie relatywnie dobrze
za pomocą znanych i skutecznych leków i zabiegów chirurgicznych.
Są jednak rodzaje nowotworów złośliwych,
które nie reagują na te sposoby leczenia,
dlatego nowotwór pozostaje lub wraca,
nawet po ataku lekami.
Można sobie wyobrazić, że bardzo agresywne rodzaje nowotworów
są niczym szwarccharaktery z komiksu.
Są przebiegli, łatwo się przystosowują
i doskonale posiedli sztukę przetrwania.
Jak w przypadku większości dzisiejszych szwarccharakterów,
ich niezwykłe moce pochodzą z mutacji genetycznych.
Geny, które uległy zmianie wewnątrz komórek nowotworowych,
umożliwiają i kodują nowe, niewyobrażalne sposoby przetrwania,
co umożliwia nowotworowi złośliwemu
przetrwać najlepsze zabiegi chemioterapii.
Jednym z przykładów jest sztuczka, w której gen pozwala komórce,
już wtedy, kiedy zbliża się do niej lek,
wypchnąć ten lek,
zanim przyniesie jakikolwiek skutek.
Komórka skutecznie "wypluwa" lek.
To tylko jeden z przykładów wielu genetycznych sztuczek,
które ma w zanadrzu szwarccharakter, nowotwór złośliwy.
Wszystko dzięki zmutowanym genom.
Mamy przed sobą szwarccharakter o niesamowitych mocach.
Dlatego potrzeba nowego i potężnego sposobu ataku.
Możemy wyłączyć gen.
Kluczem jest zbiór cząsteczek zwanych siRNA,
krótkich sekwencji genetycznego kodu,
które nakierowują komórkę na zablokowanie określonego genu.
Każda cząsteczka siRNA potrafi wyłączyć konkretny gen
wewnątrz komórki.
Od czasu tego odkrycia
naukowcy są bardzo zainteresowani tym,
jak wykorzystać w medycynie cząsteczki hamujące ekspresję genów.
Problem w tym,
że siRNA działa skutecznie wewnątrz komórki.
Jeśli zostanie poddany działaniu enzymów,
które są w krwiobiegu lub tkankach,
wtedy od razu się rozpada.
Musi zostać zapakowany i chroniony podczas podróży w organizmie
w drodze do punktu docelowego wewnątrz komórki nowotworowej.
Oto nasza strategia.
Najpierw podamy komórce nowotworowej dawkę siRNA hamującego ekspresję genów,
i wyciszymy geny odpowiedzialne za przeżycie,
a potem pokonamy ją za pomocą leku antynowotworowego.
Jak tego dokonamy?
Przy użyciu inżynierii molekularnej
możemy zaprojektować superbroń,
która może się przemieszczać po krwiobiegu,
ale musi być bardzo mała.
Musi być tak mała, żeby wniknąć w tkankę nowotworu,
i odpowiednio mała, żeby zostać pobrana przez komórkę nowotworową.
Żeby zrobić to dobrze,
musi mierzyć około jednej setnej wielkości ludzkiego włosa.
Przyjrzyjmy się temu, jak można zbudować taką nanocząsteczkę.
Zacznijmy od jej rdzenia.
To mała kapsułka zawierająca lek antynowotworowy.
To trucizna, która uśmierci komórkę nowotworową.
Wokół rdzenia owiniemy cienką powłokę,
nanometrowej wielkości warstwę siRNA.
To zahamuje ekspresję genów.
siRNA jest silnie elektroujemny,
dlatego możemy go ochronić
warstwą pozytywnie naładowanego polimeru.
Dwie przeciwnie naładowane cząsteczki przyciągną się do siebie
dzięki przyciąganiu się ładunków,
które zapewnia nam ochronną warstwę
zapobiegającą rozpadowi siRNA we krwi.
Prawie skończyliśmy.
(Śmiech)
Jest jeszcze jedna duża przeszkoda, o której należy pomyśleć.
To chyba największa z przeszkód.
Jak użyjemy tej superbroni?
Każda dobra broń musi mi mieć cel.
Musimy skierować tę superbroń przeciwko komórkom szwarccharakterów,
które znajdują się w nowotworze.
Nasze ciało ma naturalny, immunologiczny system ochrony,
komórki znajdujące się w krwiobiegu,
które wyłapują ciała obce,
żeby je zniszczyć i wyeliminować.
Nasza nanocząsteczka jest uznana za ciało obce.
Musimy ją przemycić, omijając system ochronny nowotworu.
Musimy ominąć mechanizm eliminacji obcego ciała,
maskując ją.
Dodajemy jeszcze jedną elektroujemną warstwę
wokół nanocząsteczki,
co służy dwóm celom.
Po pierwsze, zewnętrzna warstwa składa się z naturalnie naładowanych,
wysoko uwodnionych polisacharydów, które występują w organizmie.
Tworzy to chmurę cząsteczek wody wokół nanocząsteczki,
która daje efekt "szaty niewidzialności".
"Szata niewidzialności" pozwala nanocząsteczce
przemieszczać się po krwiobiegu
wystarczająco długo i daleko, żeby dostać się do nowotworu,
nie zostając wyeliminowaną z organizmu.
Po drugie, warstwa zawiera cząsteczki,
które łączą się z komórką nowotworową.
Kiedy się połączą, komórka nowotworowa wchłania nanocząsteczkę,
i dzięki temu mamy nanocząsteczkę wewnątrz komórki nowotworowej,
gotową do ataku.
Dobrze! Czuję to samo. Idziemy dalej!
(Brawa)
Najpierw zostaje wykorzystane siRNA.
Działa przez wiele godzin,
dając czas na wyciszenie i zahamowanie genów odpowiedzialnych za przeżycie.
Unieruchomiliśmy genetyczne supermocarstwo.
Pozostaje komórka nowotworowa bez specjalnych mechanizmów obrony.
Następnie lek antynowotworowy wydostaje się z rdzenia
i niszczy komórkę nowotworową gładko i skutecznie.
Dzięki odpowiedniej liczbie cząsteczek hamujących ekspresję genów
można walczyć z różnymi rodzajami mutacji,
dając szansę na pozbycie się nowotworów,
bez pozostawienia jakichkolwiek śladów.
Jak działa nasza strategia?
Przetestowaliśmy nanocząsteczki na zwierzętach,
wykorzystując bardzo agresywny rodzaj potrójnie negatywnego raka piersi,
którego gen
usuwa lek antynowotworowy zaraz po jego podaniu.
Zazwyczaj doxorubicyna, w skrócie "dox", jest lekiem antynowotworowym
używanym w pierwszej linii obrony przeciwko rakowi piersi.
Najpierw podaliśmy zwierzętom rdzeń z dox.
Guz spowolnił tempo wzrostu,
ale nadal rósł szybko,
podwajając wielkość w ciągu dwóch tygodni.
Następnie spróbowaliśmy naszej połączonej superbroni.
Nanowarstwowa cząsteczka z siRNA przeciwko pompie infuzyjnej,
a dodatkowo w jej rdzeniu dox.
Odkryliśmy, że nie tylko guzy przestały rosnąć,
ale zmniejszyły rozmiar,
i zostały wyeliminowane w niektórych przypadkach.
Guzy ulegały reemisji.
(Brawa)
Co ważne w tej metodzie, można to personalizować.
Możemy dodać wiele różnych warstw siRNA,
żeby skierować je przeciwko wielu mutacjom i mechanizmom obronnym nowotworu.
Możemy umieścić różne leki w rdzeniu nanocząsteczki.
Lekarze uczą się, jak badać pacjentów,
i rozumieć genetyczne typy nowotworów,
co pozwoli określić, którzy pacjenci mogą skorzystać z tej strategii,
i które cząsteczki hamujące geny można wykorzystać.
Rak jajnika porusza mnie szczególnie.
To agresywna forma nowotworu złośliwego,
po części dlatego, że wykrywa się go bardzo późno,
kiedy jest bardzo zaawansowany,
i wstępują liczne mutacje genetyczne.
Po pierwszym cyklu chemioterapii
rak powraca u 75% pacjentek.
Zazwyczaj powraca w postaci odpornej na lek.
Bardzo złośliwa forma raka jajnika
to jeden z największych szwarccharakterów.
Teraz kierujemy przeciw niemu superbroń,
żeby go pokonać.
Jako badaczka
nie mam zazwyczaj kontaktu z pacjentami.
Jednak niedawno spotkałam matkę o imieniu Mimi,
która przeżyła raka jajnika, i jej córkę Paige.
Głęboko zainspirował mnie optymizm i siła,
którą miała matka i córka,
i ich opowieść o odwadze i wsparciu.
Podczas tego spotkania mówiłyśmy o różnych technologiach
skierowanych przeciw nowotworom złośliwym.
Mimi miała łzy w oczach,
kiedy tłumaczyła, jak wiedza o tych wysiłkach
daje nadzieję dla przyszłych pokoleń,
włączając w to jej córkę.
Poruszyło mnie to.
Nie chodzi jedynie o tworzenie "eleganckiej" nauki.
Chodzi o poprawę życia.
Chodzi o zrozumienie potęgi inżynierii
w skali molekularnej.
Kiedy studenci tacy jak Paige będą rozwijać się zawodowo,
stworzą nowe możliwości walki
z poważnymi problemami zdrowotnymi na świecie,
włączając w to raka jajnika, choroby neurologiczne i zakaźne.
Tak jak inżynieria chemiczna otworzyła przede mną drzwi
i pokazała sposób na inżynierię
na najmniejszej ze skal, molekularnej skali,
żeby leczyć na skalę człowieka.
Dziękuję.
(Brawa)