Głównymi organellami odpowiedzialnymi za prawidłowe funkcjonowanie komórki są mitochondria. Jest tak nie tylko dlatego, że zawierają one białka łańcucha oddechowego zaangażowane w procesy produkcji energii, ale także ponieważ odpowiadają za równowagę redoks oraz regulację śmierci komórkowej. Dysfunkcja tych organelli jest więc dla komórki szczególnie niebezpieczna, a nagromadzenie uszkodzonych mitochondriów może prowadzić do upośledzonego funkcjonowania, a nawet śmierci komórki. By się przed tym uchronić, komórki przeprowadzają swoistą „kontrolę jakości” mitochondriów, usuwając te uszkodzone za pośrednictwem procesu mitofagii. Zarówno dysfunkcyjne działanie mitochondriów, jak i zmiany w procesie mitofagii są coraz częściej przywoływane jako jeden z mechanizmów rozwoju wielu chorób, w tym chorób zwłóknieniowych płuc czy wątroby. Niezmiennie od lat choroby zwłóknieniowe stanowią poważne wyzwanie kliniczne. Zwłóknienie, czyli nadmierne odkładanie włókien kolagenowych w obrębie tkanki, często prowadzi do nieodwracalnych zmian i upośledza prawidłowe działanie narządu, w którym występuje. Choroby trzustki są szczególnie aktualnym przykładem zwłóknienia. W 2016 roku ponad 5 milionów osób na całym świecie usłyszało diagnozę związaną ze zwłóknieniem tego narządu, a liczba ta notuje rokrocznie kilkudziesięcioprocentowy wzrost. Pomimo tego, współczesna medycyna wciąż nie dysponuje skutecznymi strategiami terapeutycznymi dla osób dotkniętych tymi schorzeniami. Za zwłóknienie w trzustce odpowiedzialne są komórki stelarne, które stanowią zaledwie 4-7% masy narządu. Choć fizjologicznie występują w stanie wyciszonym, to mogą ulegać aktywacji pod wpływem uszkodzeń mechanicznych organu lub toczącego się stanu zapalnego. W tym stanie produkują one łącznotkankową macierz bogatą we włókna kolagenowe, która odkłada się w obrębie narządu i prowadzi do jego zwłóknienia. W związku z tym, że zaktywowane komórki stelarne bardzo różnią się od komórek wyciszonych, celem projektu jest zbadanie i porównanie funkcjonowania mitochondriów pomiędzy tymi dwoma fenotypami. Porównana zostanie także rola i efektywność mitofagii w tych komórkach. Aby tego dokonać, kształt i organizacja mitochondriów zostaną zobrazowane z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej, umożliwiającej pomiary z dużą rozdzielczością. Porównana zostanie także ilość i struktura białek łańcucha oddechowego w tych komórkach. Wiedząc, że prawidłowe działanie mitochondriów opiera się na sygnałach wapniowych oraz równowadze reaktywnych form tlenu i protonów, w mitochondriach komórek zostaną dokonane pomiary sygnałów wapniowych, a także zmiany redoks i pH. Kondycja mitochondriów i metabolizm mitochondrialny zostaną ocenione z wykorzystaniem testu stresu mitochondrialnego. Aby zbadać rolę mitofagii w komórkach stelarnych, zastosowana zostanie specyficzna sonda fluorescencyjna umożliwiająca obrazowanie procesu z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej i jej ilościową analizę przy pomocy cytometrii przepływowej. Dodatkowo, szczegółowo scharakteryzowana zostanie rola związków modulujących proces mitofagii i ich wpływ na fizjologię, metabolizm i śmierć komórkową. Ten projekt opiera się na badaniach podstawowych, mających na celu uzupełnienie wiedzy dotyczącej roli zmian na poziomie mitochondrialnym w aktywacji komórek stelarnych trzustki. Niemniej jednak uzyskane wyniki mogą przyczynić się do głębszego zrozumienia patofizjologii procesów zwłóknieniowych, a w konsekwencji pomóc w opracowaniu nowych strategii terapeutycznych różnych schorzeń związanych z patofizjologicznym zwłóknieniem.
Skuteczne leczenie guzów nowotworowych zlokalizowanych w obrębie ośrodkowego układu nerwowego (OUN) stanowi dramatyczne wyzwanie dla współczesnej neuroonkologii. Klasyfikacja WHO wyróżnia ich cztery podtypy: m.in gwiaździak pilocytarny i rozlany I/II stopnia; oraz guzy III/IV stopnia, tj. gwiaździak anaplastyczny i glejak wielopostaciowy (glioblastoma multiforme; GBM), czyli nowotwory OUN „o wysokim stopniu złośliwości”. W szczególności, współcześnie stosowane strategie terapii guzów III i IV stopnia (zwłaszcza GBM) wciąż cechuje stosunkowo niewielka skuteczność. Efektem tego stanu rzeczy jest często następująca w trakcie lub po klasycznym leczeniu GBM (w tym po zastosowaniu temozolomidu, radioterapii i/lub resekcji chirurgicznej) mikroewolucja lekoopornych i inwazyjnych szczepów komórek nowotworowych. Lekooporność komórek GBM może wynikać ze (i) wzmożonej aktywności transporterów ABC (białka posiadające kasetę wiążącą ATP); (ii) indukcji autofagii prowadzącej do usuwania dysfunkcyjnych (uszkodzonych) organelli, (iii) enzymatycznej naprawy uszkodzeń DNA wywołanych przez leki, oraz (iv) indukcji (pseudo)senescencji (stanu uśpienia komórek). Wszystkie te procesy wymagają znacznych nakładów energetycznych, których źródłem jest metabolizm komórek GBM. Prowadzą one do nawrotów choroby i wysokiej śmiertelności pacjentów z GBM. Ostatnie doniesienia naukowe sugerują, że alternatywą i uzupełnieniem standardowych strategii leczenia GBM może być zastosowanie doksorubicyny; i to zarówno w „monoterapii”, jak i jako leku wspomagającego. Z drugiej strony, wciąż niewiele wiadomo na temat zdolności doksorubicyny do indukcji lekooporności w populacjach komórek GBM, a tym bardziej na temat mechanizmów potencjalnie odpowiedzialnych za ten proces. Wyniki naszych wstępnych analiz wykazały indukcję lekooporności komórek GBM eksponowanych na działanie doksorubicyny oraz następującą po tym mikroewolucję inwazyjnych szczepów tych komórek. Procesy te skorelowaliśmy z wcześniej obserwowaną reorganizacją (fuzją) mitochondriów, hipertrofią komórek i wzrostem intensywności ich oddychania tlenowego. Dane te skłoniły nas do postawienia hipotezy zakładającej, że adaptacja komórek GBM i ich oporność na stres wywołany przez doksorubicynę determinowana jest przez ich "elastyczność metaboliczną", czyli zdolność do przełączania między różnymi „trybami metabolicznymi”. Ta z kolei zależy od dynamiki mitochondriów regulowanej aktywnością mitofuzyn, które są modulatorami architektury mitochondriów w warunkach stresu komórkowego. W szczególności fuzja mitochondriów, wraz z postępującą hipertrofią komórek i wzmożoną produkcją nośników energii (ATP; NAD(P)H) ułatwia selektywną ekspansję odpornych na doksorubicynę i inwazyjnych subpopulacji komórek GBM w warunkach stresu indukowanego lekiem. Celem weryfikacji tej hipotezy, w pierwszej kolejności prześledzimy przebieg przeprogramowania metabolicznego komórek GBM pod wpływem ekspozycji na doksorubicynę, w powiązaniu z analizami architektury mitochondriów. Wykorzystując chemiczne inhibitory, wektory plazmidowe i esiRNA ocenimy rolę mitofuzyn w rearanżacjach mitochondriów i w regulacji współzależności między adaptacją metaboliczną i lekoopornością komórek GBM. Wreszcie, długotrwała ekspozycja komórek GBM na doksorubicynę umożliwi nam określenie mechanizmów i konsekwencji powiązań pomiędzy funkcją mitofuzyn, a mikroewolucja lekooporności komórek GBM. Do tych celów wykorzystamy szereg metod: w tym analizy biochemiczne (tj. profilowanie metaboliczne komórek z wyk. układu Seahorse XFp i testy enzymatyczne), mikroskopowe (przyżyciowa mikroskopia fluorescencyjna, mikroskopia TIRF i TEM) oraz cytometryczne (ImageStreamX). Badania te nie tylko pozwolą opisać możliwe krótko- i długotrwałe konsekwencje ekspozycji komórek GBM na doksorubicynę, ale także umożliwią weryfikację tezy o zaangażowaniu mitofuzyn w indukcji i mikroewolucji „elastyczności metabolicznej” i lekooporności komórek GBM. Wierzymy, że uzyskane wyniki przyczynią się do poznania konsekwencji stosowania doksorubicyny dla progresji GBM oraz pozwolą na optymalizację strategii leczenia GBM w oparciu o ten lek.
Celem Projektu jest realizacja działania naukowego, polegającego na odbyciu przez Kierownika Projektu 3-miesięcznego stażu naukowego w ośrodku zagranicznym, jakim będzie Leibniz Research Laboratories for Biotechnology and Artificial Organs (LEBAO), Hannover Medical School w Niemczech.
Dr Elżbieta Karnas od lat zaangażowana jest w badania nad innowacyjnym wykorzystaniem komórek macierzystych (KM) i ich pochodnych w regeneracji tkanek. W szczególności, zajmuje się badaniem potencjału parakrynnego pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (ang. extracellular vesicles; EVs) wydzielanych przez ludzkie indukowane pluripotencjalne KM (ang. human induced pluripotent stem cells; hiPSCs), w kontekście wzmacniania przez nie potencjału biologicznego komórek docelowych, w tym krwiotwórczych komórek macierzystych i progenitorowych z krwi pępowinowej (ang. cord blood-derived hematopoietic stem and progenitor cells; CB-HSPCs). Rezultatem jej badań jest praca wskazująca, że hiPSC-EVs mogą wzmacniać właściwości funkcjonalne CB-HSPCs, kluczowe dla ich potencjału krwiotwórczego in vitro oraz in vivo, co ma istotne znaczenie dla poprawy efektywności wykorzystania krwi pępowinowej jako materiału przeszczepowego w hematologii. Jednakże, dokładne aspekty molekularne aktywności hiPSC-EVs wobec tych komórek pozostają nieznane.
Stąd też, aby w pełni zrozumieć molekularne mechanizmy wpływu funkcjonalnego hiPSC-EVs na CB-HSPCs, planowana jest kontynuacja badań w tym obszarze poprzez zbadanie roli miRNA w tych procesach, które może być przenoszone przez hiPSC-EVs do komórek, wywołując w nich efekt funkcjonalny. Zatem, badania te wymagać będą znajomości technik genetycznej modyfikacji komórek hiPSCs, prowadzącej do wywołania nadekspresji lub wyciszenia wybranych miRNA.
Stąd też, celem stażu dr Karnas będzie zdobycie praktycznego doświadczenia laboratoryjnego w obszarze technik inżynierii genetycznej i modyfikacji komórek (ze szczególnym uwzględnieniem hiPSCs), pod kątem otrzymania w nich nadekspresji lub zahamowania genów kodujących wybrane miRNA. Umiejętności te będą niezbędne w przyszłym planowanym projekcie, związanym z modyfikacją komórek hiPSCs w celu oceny mechanizmu aktywności biologicznej wydzielanych przez te komórki EVs, co może przyczynić się do opracowania nowych strategii poprawy możliwości zastosowania KP w praktyce klinicznej.
Komórki biorące udział w takich procesach biologicznych jak embriogeneza, gojenie ran i regeneracja tkanek bardzo często muszą wykazywać zdolność do kierunkowej migracji w celu dotarcia do tych miejsc organizmu, w których mają wypełnić swoje funkcje biologiczne. Jednym z licznych przykładów takiej aktywności może być migracja komórek w kierunku wzrastającego stężenia chemoatraktanta w obrębie tkanki w trakcie procesu gojenia ran. Nie jest to jedyny znany mechanizm naprowadzania kierunkowego migrujących w czasie tego procesu komórek. Wiadomo, że komórki mogą również odpowiadać kierunkową migracją na inne sygnały, takie jak gradient adhezyjności podłoża bądź jego topografia i sztywność. Jednak jednym z pierwszych kierunkowych sygnałów, który pojawia się natychmiast po zranieniu jest stałe pole elektryczne. Obecność endogennych pól elektrycznych (PE) w przestrzeni zewnątrzkomórkowej była po raz pierwszy stwierdzona już ponad 150 lat temu, jednakże ich znaczenie dla licznych procesów fizjologicznych zostało potwierdzone dopiero w ostatnim czasie, w wyniku zastosowania wielu nowoczesnych metod badawczych. Kilka niezależnych prac potwierdziło, że pola elektryczne są formowane we wszystkich rozwijających się i regenerujących tkankach zwierzęcych i odgrywają istotną rolę w kluczowych procesach biologicznych, takich jak embriogeneza, gojenie ran i regeneracja tkanek. Większość organów i zarodków otoczonych przez warstwę komórek nabłonkowych wytwarza potencjał transepitelialny rzędu od kilku do kilkudziesięciu miliwoltów. Głównym efektem działania PE na poziomie komórkowym jest elektrotaksja, czyli kierunkowa migracja w kierunku katody lub anody. Warto zwrócić uwagę, że taka aktywność ruchowa jest zupełnie odmienna od pasywnego przemieszczenia nieożywionych cząsteczek pod wpływem czysto fizycznych oddziaływań, gdyż komórki odpowiadają na pole elektryczne aktywną kierunkową migracją! Pola elektryczne o natężeniu zbliżonym do obserwowanego in vivo aplikowane w warunkach in vitro indukują elektrotaksję licznych typów komórek. Jednakże, pomimo wieloletnich badań, wciąż nieznany pozostaje mechanizm wykorzystywany przez komórki do detekcji tak niewielkich pól elektrycznych i kierunkowej migracji w odpowiedzi na ich obecność. Do chwili obecnej zaproponowano kilka potencjalnych mechanizmów reakcji elektrotaktycznej. Jednak żaden z nich nie tłumaczy w pełni wszystkich poczynionych obserwacji dotyczących przebiegu tego zjawiska. W szczególności żaden pojedynczy sensor PE wykorzystywany w elektrotaksji nie został poznany. Jednym z możliwych powodów takiego stanu rzeczy może być brak takiego pojedynczego sensora i dwu- lub wielomodalny charakter reakcji elektrotaktycznej. Dwie główne hipotezy wyjaśniające mechanizm elektrotaksji opierają się bądź na mechanizmie zakładającym aktywację specyficznych kanałów jonowych przez pole elektryczne, bądź redystrybucję zlokalizowanych na powierzchni komórki błonowych receptorów odpowiedzialnych za reakcję na kierunkowe sygnały pochodzące od chemokin lub czynników wzrostowych. Jako, że oba wspomniane powyżej mechanizmy w rzeczywistości nie wykluczają się wzajemnie, sugerujemy występowanie dwufazowego mechanizmu elektrotaksji w oparciu o komplementarną rolę kanałów jonowych oraz receptorów dla chemoatraktantów. Nasza hipoteza zakłada, że aktywacja określonych kanałów jonowych jest konieczna dla pierwotnej, bardzo szybkiej fazy reakcji komórki na PE, jednak po wystarczająco długim czasie (rzędu kilkunastu minut) redystrybucja receptorów na powierzchni błony komórkowej może być na tyle wyraźna, by odpowiadać za ukierunkowanie migracji komórki w polu elektrycznym.
W celu zweryfikowania tej hipotezy, planujemy: (1) scharakteryzować dynamikę reakcji elektrotaktycznej mysich fibroblastów 3T3, (2) zidentyfikować geny kanałów jonowych, które są zaangażowane w elektrotaksję komórek 3T3, stosując przesiewową strategię badania fenotypu elektrotaktycznego, (3) zidentyfikować geny receptorów dla chemoatraktantów lub czynników wzrostowych koniecznych dla wydajnej elektrotaksji komórek 3T3 (4) udowodnić, że wskazane kanały jonowe są konieczne tylko w trakcie pierwszej, bardzo szybkiej reakcji komórek na PE, a z kolei redystrybucja receptorów dla chemoatraktantów ma znaczenie dla reakcji obserwowanej w dłuższej skali czasowej. Uważamy, że nasz model może pozwolić na wytłumaczenie pewnych istotnych zagadnień związanych z mechanizmem elektrotaksji. Co więcej, uzyskane wyniki będą również istotne dla medycyny regeneracyjnej, gdyż endogenne pola elektryczne i elektrotaksja odgrywają istotną rolę w gojeniu ran i regeneracji tkanek. Jako, że szczegółowe zrozumienie ścieżek sygnałowych odpowiadających za elektrotaksję jest kluczowe dla ustanowienia wydajnych metod leczenia w przypadku wielu schorzeń, wyniki naszego projektu będą miały duże znaczenie nie tylko dla nauki, ale też dla całego społeczeństwa.
Projekt Tango 4 (TANGO-IV-A/0035/2019-00)
Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, Kwota dofinansowania: 250 000 zł
Kierownik Projektu: dr Sylwia Bobis-Wozowicz
Zwłóknienie, zwane inaczej fibrozą, jest postępującym stanem chorobowym związanym z nadmierną produkcją białek macierzy zewnątrzkomórkowej, które odkładane w tkance powodują jej usztywnienie. W konsekwencji dochodzi do trwałych zmian strukturalnych, powstania blizny i upośledzenia funkcjonowania całego narządu. Choroby te mogą dotyczyć różnych organów, m. in. serca, płuc, trzustki i wątroby. Szacuje się, że choroby zwłóknieniowe są odpowiedzialne za ok. 45% wszystkich przypadków zgonów na świecie. Jak dotychczas, nie opracowano jednak skutecznego lekarstwa na tę chorobę.
Dlatego celem projektu TANGO-IV-A/0035/2019-00 (Narodowe Centrum Badań i Rozwoju) było opracowanie innowacyjnego leku na zwłóknienie narządów, o wydłużonym czasie działania w żywym organizmie.
W innowacyjnej strategii leczenia/hamowania rozwoju zwłóknienia, wykorzystano pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (ang. Extracellular Vesicles; EVs) produkowane przez ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (ang. human induced pluripotent stem cells; hiPSCs) (hiPS-EVs), hodowane w warunkach obniżonego stężenia tlenu, czyli hipoksji.
EVs są to nanometryczne pęcherzyki wydzielane zasadniczo przez wszystkie rodzaje komórek. Ich rolą jest przekazywanie informacji biologicznej pomiędzy komórkami. Wykorzystując tą naturalną ścieżkę komunikacji międzykomórkowej, opracowano innowacyjną metodę hamowania włóknienia. Nową postać leku stanowiły hiPS-EVs o właściwościach anty-zwłóknieniowych, w połączeniu z hydrożelem hialuronowym. Dzięki temu uzyskano efekt kontrolowanego uwalniania EVs w środowisku żywego organizmu, co może przyczynić się do zwiększenia efektu terapeutycznego.
W projekcie wykazano, że hiPS-EVs skutecznie hamują markery fibrozy w modelach komórkowych zwłóknienia serca, płuc, wątroby i trzustki. Zastosowanie preparatu EVs w połączeniu z hydrożelem hialuronowym umożliwiło ich kontrolowane uwalnianie w czasie, co wykorzystano w badaniach na zwierzętach laboratoryjnych. Uzyskane wyniki wskazują na wysoki potencjał działania nowego leku w leczeniu zwłóknienia narządów. Jednak niezbędne są dalsze badania aby zoptymalizować dawkę oraz schemat leczenia, celem przygotowania protokołu skutecznego hamowania włóknienia tkanek.
Molekularne i komórkowe mechanizmy pro-regeneracyjnego działania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EVs) z komórek macierzystych w uszkodzeniach niedokrwiennych serca: Rola microRNAs Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EVs) stanowią frakcję obłonionych submikronowych struktur zawierających fragment cytoplazmy komórki, z której powstają i mogą być wydzielane przez żywe komórki różnych rodzajów, w tym ludzkie komórki macierzyste (SCs). Intensywność badań EVs znacząco wzrosła w ostatnim czasie, zwracając szczególnie uwagę na ich aktywność w komunikacji międzykomórkowej, za którą odpowiedzialne są bioaktywne cząsteczki przenoszone przez pęcherzyki pomiędzy komórkami, co wpływa na funkcje komórek docelowych. Rosnąca liczba badan światowych wskazuje, że EV wydzielane przez różne typy komórek macierzystych przenoszą ich bioaktywną zawartość do innych, bardziej dojrzałych komórek i w ten sposób uczestniczą w naprawie tkankowej, w tym niedokrwionego mięśnia sercowego. W związku z tym, że różne frakcje komórek macierzystych wydzielają pęcherzyki o różnym składzie molekularnym, prowadzone badania koncentrują się obecnie na poznaniu biologicznej i regeneracyjnej aktywności takich frakcji, w tym EVs wydzielanych przez indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSCs) oraz komórki macierzyste mezenchymalne (MSCs), które stanową frakcję SCs izolowanych z dojrzałych tkanek, w tym szpiku kostnego, tkanki tłuszczowej oraz sznura pępowinowego. Badania naszego zespołu wykazały, że zarówno pęcherzyki wydzielane przez komórki iPSCs (iPSC-EVs), jak również MSCs (MSC-EVs) przenoszą szereg bioaktywnych cząsteczek odzwierciedlających skład molekularny komórek, które je wydzielają, w tym białka, cząsteczki mRNA oraz małe regulatorowe cząsteczki RNA – tzw. microRNA (miRNA), które pełnią istotną rolę w regulacji szeregu genów w komórkach. Co ciekawe, w naszych badaniach zaobserwowaliśmy także, że molekularna zawartość pęcherzyków może być przenoszona do komórek serca i wpływać na ich funkcje w warunkach in vitro oraz po przeszczepieniu in vivo. Pomimo tego, że zaobserwowano, że obie badane frakcje EVs wykazują aktywność proregeneracyjną w tkance serca, przenoszą one jednak inną zawartość molekularną, w tym całe grupy miRNA, które w różny sposób mogą regulować funkcje różnych typów komórek obecnych w sercu, co nie było do tej pory szczegółowo badane. Aby lepiej poznać mechanizmy stojące u podstaw obserwowanej aktywności proregeneracyjnej badanych frakcji EVs, w niniejszym projekcie zajmiemy się badaniem roli wybranych cząsteczek miRNA przenoszonych przez te pęcherzyki, w różnych typach komórek tkanki serca, zarówno w warunkach in vitro, jak i in vivo. W tym celu wykorzystamy strategię molekularną polegającą na wyciszeniu ekspresji wybranych cząsteczek miRNA, aby zbadać własności biologiczne tak zmodyfikowanych EVs oraz ich wpływ na molekularne i komórkowe funkcje komórek serca. Wyniki projektu dostarczą nam nie tylko nowej wiedzy w zakresie mechanizmów proregeneracyjnego działania różnych typów pęcherzyków produkowanych przez komórki macierzyste, ale mogą również potencjalnie otworzyć nowe perspektywy działań mających na celu poprawę regeneracji tkanek serca u pacjentów po uszkodzeniu niedokrwiennym.
Zwłóknienie jest patologicznym procesem, w którym dochodzi do nadmiernego gromadzenia włókien kolagenowym w tkankach. Szacuje się, że różne choroby zwłóknieniowe są odpowiedzialne nawet za 45% zgonów w krajach rozwiniętych. Choroby trzustki są skrajnym przykładem patologicznego zwłóknienia z jego śmiertelnymi konsekwencjami. W raku trzustki, kolagenowe mikrośrodowisko utrudnia penetrację leków do wnętrza guza, chroniąc tym samym komórki nowotworowe przed chemioterapią. Natomiast w przewlekłym zapaleniu trzustki, żywa tkanka zostaje zniszczona i zastąpiona nieleczącą się blizną. Za procesy zwłóknieniowe w trzustce odpowiedzialność ponoszą komórki stelarne, które stanowią zaledwie 4-7% masy całego organu. Komórki te ulegają aktywacji na skutek uszkodzenia tkanki albo w odpowiedzi na czynniki zapalne takie jak np. TGF-β. Mimo, że nazwa komórek stelarnych wyraźnie nawiązuje do gwiazdy (co jest związane z ich kształtem), w chorobach trzustki zaktywowane komórki stelarne stają się prawdziwymi „czarnymi charakterami” zaangażowanymi w nadmierną produkcję komponentów macierzy zewnątrzkomórkowej przerastających żywą tkankę, co w konsekwencji prowadzi do dysfunkcji organu. Nadmierna konsumpcja alkoholu jest nie tylko poważnym problemem społecznym w skali globalnej, ale także jest jednym z głównych czynników ryzyka przewlekłego zapalenia oraz zwłóknienia trzustki. Produkty metabolizmu etanolu, reaktywne formy tlenu (ROS) oraz estry etylowe kwasów tłuszczowych indukują patologiczne sygnały wapniowe (Ca2+) wewnątrz komórek wydzielniczych, co z kolei przedwcześnie aktywuje enzymy trawienne zgromadzone w tych komórkach i prowadzi do samotrawienia tkanki, nekrozy i stanu zapalnego. Nasze badania wstępne pokazują, że metabolity alkoholu wywołują również patologiczne odpowiedzi Ca2+ w komórkach stelarnych trzustki oraz że sygnały te są znacznie osłabione w komórkach aktywowanych TGF-β. Ta redukcja patologicznych sygnałów Ca2+ najprawdopodobniej wiąże się ze zmianami w maszynerii komórkowej kontrolującej homeostazę wapniową w zaktywowanych komórkach stelarnych. Zatem celem tego projektu jest zbadanie różnic w fizjologii pomiędzy niezaktywowanymi a zaktywowanymi komórkami stelarnymi i określenie przyczyn tych różnic. Aby tego dokonać, w projekcie planowane są pomiary sygnałów Ca2+ wywołanych metabolitami alkoholu w normalnych i zaktywowanych komórkach stelarnych trzustki. Pociągnie to za sobą analizę tych sygnałów, a w szczególności określenie czym spowodowane są obserwowane różnice (dostępność wewnątrzkomórkowego Ca2+, mechanizmy transportu Ca2+ przez błony itp.). Jako że homeostaza wapniowa jest ściśle powiązana z wewnątrzkomórkową równowagą redoks, mitochondriami oraz śmiercią komórkową, zbadane zostaną funkcje mitochondrialne, sygnały ROS oraz śmierć komórkowa wywołana przez metabolity etanolu w normalnych i zaktywowanych komórkach stelarnych trzustki. Aby zrozumieć, co sprawia, że fizjologia zaktywowanych komórek stelarnych tak bardzo różni się od tych niezaktywowanych, będą prowadzone prace nad porównaniem transkryptomów i proteomów pomiędzy tymi komórkami. Szczególny nacisk zostanie położony na zmiany ekspresji kanałów Ca2+ czy też białek kontrolujących programowaną śmierć komórki. Następnie, przy pomocy techniki konfokalnej spektroskopii ramanowskiej, zbadane zostaną różnice biochemiczne pomiędzy komórkami normalnymi a zaktywowanymi, które mają szansę stać się nowymi markerami aktywacji komórek stelarnych trzustki. Zaobserwowane istotne różnice w ekspresji genów i białek w komórkach stelarnych in vitro, zostaną również zbadane in vivo, w zwierzęcym modelu przewlekłego alkoholowego zapalenia trzustki. Ten projekt przewiduje badania podstawowe, które mają na celu dostarczenie nowej wiedzy na temat patofizjologii komórek stelarnych trzustki. Niemniej poczynione odkrycia mogą przyczynić się do rozwoju nowych strategii terapeutycznych lub medycznych procedur dotyczących przewlekłego zapalenia i/lub raka trzustki. Analiza transkryptomu komórek stelarnych dostarczy dużej ilości danych, które będą mogły być wykorzystane w przyszłych badaniach; podczas gdy biochemiczna charakterystyka tych komórek może zaowocować nowymi markerami aktywacji komórek stelarnych i być wykorzystana w diagnostyce histopatologicznej, zwłaszcza w połączeniu z algorytmami uczenia maszynowego.
Astma oskrzelowa uznawana jest za chorobę cywilizacyjną, którą zdiagnozowano już u ok. 300 milionów ludzi na świecie. Powoduje śmierć u co 250 chorego. Choć powszechnie uznaje się, że jej podłoże stanowi przewlekły stan zapalny współistniejący ze zmianami w strukturze ścian drzewa oskrzelowego, to jednak doniesienia ostatnich kilku lat wskazują, że oba te procesy w wielu przypadkach przebiegają wręcz niezależnie. Przebudowa ścian dróg oddechowych (obserwowana w każdym z wielu fenotypów astmy) prowadzi do upośledzenia funkcji oskrzeli spowodowanych w znacznym stopniu postępującym i niekontrolowanym zwłóknieniem podnabłonkowym (fibrozą). Zjawisko to ma zatem ogromne znaczenie kliniczne oraz stanowi bodziec do podejmowania badań podstawowych mających na celu poznanie i doprecyzowanie mechanizmów leżących u jego podstaw. Kluczowym zjawiskiem w rozwoju zwłóknienia podnabłonkowego oskrzeli pacjentów chorych na astmę jest występowanie licznej populacji miofibroblastów – komórek nadaktywnych kurczliwie i sekrecyjnie (wydzielają głównie białka macierzy zewnątrzkomórkowej). Wskutek relatywnie wysokiego stężenia miejscowo uwalnianych cytokin i/lub stymulacji mechanicznej przez mikrośrodowisko tkanki, fibroblasty ścian oskrzeli zmieniają swój profil fenotypowy przechodząc w miofibroblasty (FMT). Wiąże się to ze wzrostem ekspresji izoformy α-aktyny mięśni gładkich (α-SMA) zlokalizowanej głównie w rozbudowanej sieci włókien naprężeniowych zakotwiczonych w tzw. superdojrzałych kontaktach zogniskowanych (sFA). Według najbardziej aktualnej wiedzy efektywność programu FMT warunkowana jest wieloczynnikowo, gdzie swój udział mają także czynniki epigenetyczne. Niewiele jednak wiadomo na temat ich roli (zwłaszcza roli deacetylaz histonowych, HDAC) w indukcji/regulacji FMT. Dostępne źródła literaturowe opisują rolę niektórych HDAC w progresji licznych chorób, np. nowotworów lub innych niż astma chorób układu oddechowego (idiopatyczne zwłóknienie płuc, polipowatość błony śluzowej nosa). Badania przewidziane w tym projekcie mają na celu określenie roli mechanizmów epigenetycznych opartych o aktywność HDAC w indukcji programu FMT w modelu opartym o populacje ludzkich fibroblastów oskrzelowych (HBF) izolowanych z bioptatów pobranych od pacjentów chorych (AS) oraz osób niechorujących na astmę (NA). Niewątpliwym atutem tego modelu jest bezpośrednie pochodzenie komórek od pacjentów, co pozwala odnosić uzyskane wyniki in vitro do sytuacji in vivo. Przy obecnym stanie wiedzy astma oskrzelowa pozostaje nadal nieuleczalną chorobą, a z uwagi na specyfikę powszechnie stosowanych strategii leczenia astmy łagodzenie lub nawet cofnięcie przebudowy ścian oskrzeli może mieć ogromne znaczenie kliniczne. Dlatego doprecyzowanie molekularnych mechanizmów leżących u podstaw rozwoju astmy mogą umożliwić identyfikację nowych potencjalnych celów interwencji terapeutycznych.
Astma – nierozwiązywalny problem współczesnej medycyny
Astma oskrzelowa jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych chorób przewlekłych - choruje na nią ok. 300 mln ludzi, a wskaźnik zachorowalności nieustannie wzrasta. Niestety, jest leczona tylko objawowo, co odbywa się głównie poprzez zastosowanie leków (sympatykomimetyków) i leków celujących w łagodzenie stanu zapalnego, wpływając w znikomym stopniu na zahamowanie przebudowy ściany drzewa oskrzelowego i zmiany strukturalne powstające w przebiegu choroby.
Transformacja fibroblastów w miofibroblasty – przyjaciel, czy wróg?
W procesach toczących się w oskrzelach, podczas rozwoju astmy, swój udział ma całe spektrum komórek: od komórek układu odpornościowego, przez komórki nabłonka (epitelium), komórki mięśni gładkich, po tworzące zrąb tkanki – fibroblasty. W zdrowym organizmie fibroblasty, czyli komórki tkanki łącznej, wytwarzają składniki macierzy zewnątrzkomórkowej, która, w postaci pozakomórkowej sieci białkowej, stanowi rusztowanie dla nich samych oraz dla innych komórek w tkance. Tak też jest w zdrowych oskrzelach. Jednak w wyniku przedłużającego się stanu zapalnego toczącego się w drogach oddechowych i czynników wydzielanych przez komórki podczas przebiegu astmy dochodzi do transformacji fibroblastów w miofibroblasty. Fibroblasty, które niegdyś produkowały odpowiednie ilości białek macierzy zewnątrzkomórkowej, produkują ich dużo więcej. Syntetyzowana jest także izoforma α aktyny mięśni gładkich – białka charakterystycznego dla mięśni gładkich, które w fibroblastach nie powinno występować. Cechy te wspomagają naturalne procesy naprawcze w organizmie np. gojenie ran w skórze. Jednak w oskrzelach długotrwały proces zapalny prowadzi do wielu zmian patologicznych w budowie ściany oskrzeli zwanych remodelingiem. Jednym z jego elementów jest postępujące zwłóknienie tkanki pod warstwą nabłonka. Nadmierne odkładanie białek powoduje pogrubienie i usztywnienie ściany oskrzeli, a wyposażenie fibroblastów w białka kurczliwe – ich skurcz. Wiąże się to z utratą funkcjonalności drzewa oskrzelowego nasilając obturację, czyli upośledzenie przepływu powietrza spowodowane zmniejszeniem światła oskrzeli.
Czy astmę można wyleczyć?
Z pomocą w badaniach nad mechanizmami przejść fenotypowych przychodzą opracowane przez naukowców modele hodowli komórek in vitro od pacjentów z astmą i osób zdrowych. Dają one możliwość badania mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za w/w procesy. Za ich regulację w astmie odpowiedziane są głównie wewnątrzkomórkowe szlaki sygnalizacji związane z ścieżką sygnalizacyjną transformującego czynnika wzrostu typu β (TGF-β), którego wydzielanie podczas zapalenia w przebiegu astmy jest zwiększone. Badania wstępne potwierdzają, że szlak sygnalizacji powodujący zmiany pro-fibrotyczne jest szczególnie nasilony w astmie. Jednocześnie szlak działający anty-fibrotycznie jest uszkodzony. Dowiedziono doświadczalnie, że balans pomiędzy wspomnianymi szlakami można modulować na poziomie molekularnym w kierunku zarówno nasilenia jak i osłabiania zmian fibrotycznych. W skład tkanki ściany oskrzeli wchodzi jednak wiele rodzajów komórek, a uważa się powszechnie, że zmiany patologiczne w procesie remodelingu zaczynają się od warstwy oskrzeli mającej kontakt ze środowiskiem, czyli od nabłonka. Ciągle jednak nie zbadano wzajemnych interakcji pomiędzy komórkami w tkance oskrzeli, w której toczy się zapalenie. Poznanie modeli in vitro służących do badań wzajemnego oddziaływania pomiędzy komórkami nabłonkowymi i fibroblastami podczas stażu w uniwersytecie w Maastricht pozwoli na rozszerzenie prowadzonych badań o aspekty interakcji międzykomórkowych. Zbadany zostanie między innymi wpływ nabłonków oskrzelowych od astmatyków na proces transformacji fibroblastów w miofibroblasty w astmie, a także jego międzyi wewnątrzkomórkowa regulacja na poziomie molekularnym w poszczególnych typach komórek. Zrozumienie mechanizmów molekularnych transformacji fenotypowych fibroblastów w miofibroblasty, może dać podstawy do poszukiwania skutecznych strategii terapeutycznych astmy. Wyniki doświadczeń prowadzonych w ramach tego innowacyjnego projektu realizowanego przez autora mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w badaniach nad substancjami skutecznie likwidującymi zmiany fibrotyczne w oskrzelach.
Glejaki są najczęstszym typem nowotworów centralnego układu nerwowego (OUN) występującym u dzieci w wieku poniżej 15 lat i trzecią najczęstszą przyczyną zgonów u pacjentów nowotworowych w wieku poniżej 40 lat. Pomimo intensywnego rozwoju procedur klinicznych, terapia glejaków do dziś pozostaje jednym z poważniejszych wyzwań onkologii. Znajduje to odbicie w przeżywalności pacjentów z glejakiem wielopostaciowym (GBM). Mimo rozwoju podejść terapeutycznych, średni czas przeżycia pacjentów z GBM nie uległ zmianie przez ostatnie 30 lat i wynosi 12-14 miesięcy od momentu postawienia diagnozy. Wynika to między innymi ze zróżnicowania fenotypowego komórek GBM, które jest efektem stale postępującej mikroewolucji w obrębie populacji komórek nowotworowych. Co więcej, jedną z przyczyn braku postępu w leczeniu nowotworów mózgu jest utrudnione dostarczanie związków terapeutycznych przez barierę krew- mózg (ang. Blood-Brain Barier; BBB). Kolejną przyczyną jest inwazyjność komórek GBM, które w krótkim czasie są zdolne do dalekiej inwazji w obrębie tkanki mózgowej. Jednym z procesów odpowiedzialnych za wykształcanie cech inwazyjnych w komórkach nowotworowych jest przejście epitelialno-mezenchymalne (ang. Epithelial to Mesenchymal Transition; EMT). Proces ten odpowiada za szereg zmian molekularnych/epigenetycznych, które prowadzą do wykształcenia przez komórki nowotworowe cech umożlwiających inwazję do okolicznych tkanek. W trakcie EMT dochodzi m.in. do: przebudowy architektury cytoszkieletu, zwiększenia aktywności migracyjnej oraz zmian właściwości nanomechanicznych komórek, korelujących z nabyciem specyficznego składu markerów powierzchniowych. Wszystkie te czynniki odgrywają istotną rolę w procesie formowania przerzutów bądź naciekania sąsiednich tkanek przez komórki nowotworowe. Jednocześnie, komórki GBM wykazują niską wrażliwość na leki onkologiczne. Uważa się, że jedną z przyczyn tego stanu jest wykształcanie przez nie oporności wielolekowej (ang. Multidrug Resistance; MDR), opierającej się na uruchomieniu mechanizmów, odpowiedzialnych za aktywne usuwanie dostarczanych leków z cytoplazmy komórki. Efektem tego procesu jest obniżenie skuteczności terapii, co pozwala na dalszą progresję nowotworu. Badania wstępne sugerują istnienie funkcjonalnych powiązań pomiędzy fenotypem inwazyjnym a rozwojem oporności wielolekowej w populacjach komórek GBM. Otrzymane wyniki wskazują na podwyższenie poziomów markerów inwazyjności Snail-1 oraz Cx43 w komórkach glejaka wielopostaciowego w odpowiedzi na cytostatyki, stosowane w terapiach klinicznych oraz eksperymentalnych: doksorubicyna, temozolomid oraz karmustyna. Co więcej, efekt ten koreluje ze stymulacją komunikacji międzykomórkowej przez nanotuby, z podwyższeniem aktywności migracyjnej komórek, a także ze zwiększeniem ekspresji transbłonowego transportera ABCB1, którego obecność łączy się z wykształceniem oporności wielolekowej (MDR). Bazując na wynikach wstępnych oraz doniesieniach na temat patogenezy glejaka wielopostaciowego, za cel projektu postawiono charakterystykę wybranych mechanizmów, regulujących wykształcanie lekooporności (transprortery ABC, autofagia) oraz ich powiązań z właściwościami inwazyjnymi komórek GBM. Hipoteza badawcza zakłada istnienie molekularnego powiązania zjawiska oporności wielolekowej z fenotypem inwazyjnym, a jednym z możliwych regulatorów tego powiązania może być czynnik transkrypcyjny Snail-1. Wg hipotezy Snail-1 może nie tylko uruchamiać proces przejścia epitelialno-mezenchymalnego komórek GBM, ale także pośrednio regulować wydajność systemu MDR oraz nasilenie autofagii. W koncepcji tej zarówno nadekspresja transporterów ABC, jak i autofagia, chroniłyby inwazyjne komórki GBM przed apoptozą. Dodatkowo oba mechanizmy byłyby wspomagane przez horyzontalny transfer mitochondriów pomiędzy komórkami GBM, tworząc odpowiednik, opisanego w przypadku złącz szczelinowych, efektu sąsiedztwa. Efekt ten pozwala m.in. na wspólną odpowiedź grup komórek na zadany bodziec, w tym przypadku na ekspozycję na cytostatyk. W celu weryfikacji hipotezy, zastosowane zostanie interdyscyplinarne podejście, wykorzystujące techniki: biochemiczne, mikroskopowe oraz bioinformatyczne, które pozwolą na uzyskanie wysokiej jakości danych na temat procesów, będących przedmiotem zainteresowania. Zastosowane zostaną: badania proteomiczne (spektrometria mas), nanoskopowe obrazowanie struktur komórkowych (algorytm SRRF; ang. Super- Resolution Radial Fluctuation), metody inżynierii genetycznej, cytometria obrazowa ImageStream® oraz histologiczna preparatyka CLARITY, połączona z dekonwolucją 3D, pozwalająca na wysokorozdzielcze, trójwymiarowe obrazowanie inwazji lekoopornych komórek GBM w tkance mózgowej. Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu mogą przyczynić się do rozszerzenia wiedzy na temat molekularnych podstaw inwazji GBM, co pozwoli na opracowanie nowych rozwiązań terapeutycznych oraz diagnostycznych dla współczesnej onkologii klinicznej.
Większość z nas kojarzy z chorobą alkoholową zwłóknienie i marskość wątroby. Tymczasem nadmierna długotrwała konsumpcja alkoholu uszkadza nie tylko wątrobę, ale także trzustkę. Mechanizmy leżące u podstaw powstania alkoholowego zwłóknienia trzustki są słabo poznane, a leczenie tego schorzenia mało skuteczne.
Nadmierna konsumpcja alkoholu jest globalnym problemem zdrowotnym i społecznym, szczególnie rozpowszechnionym w krajach rozwiniętych. Statystyki pokazują, że niemal 500 milionów ludzi na całym świecie spełnia kryteria uzależnienia od alkoholu. Jednym æe szkodliwych działań metabolitów alkoholu jest aktywacja procesów zapalnych w trzustce, co w pewnych warunkach, moze prowadzić do zwłóknienie tego organu. Toczący się w trzustce proces zapalny wiąże się często z silnymi dolegliwościami bólowymi i może skutkować rozwojem cukrzycy, a w skrajnych wypadkach nawet prowadzić do śmierci pacjenta. Dotychczasowe badania pokazują jednoznacznie, że w procesach patologicznych, indukowanych metabolitami alkoholu, dochodzi do zaburzenia fizjologicznych oscylacji stężenia jonów wapnia w komórkach trzustki. Niekontrolowane uwalnianie jonów wapnia aktywuje enzymy trawienne w komórkach wydzielniczych i wywołuje ostry stan zapalny, związany z samotrawieniem trzustki.
Ale to tylko jeden z kilku destrukcyjnych mechanizmów zachodzących w trzustce, będących następstwem nadmiernej konsumpcji alkoholu. Inny to aktywacja komórek stelarnych trzustki, sąsiadujących z komórkami wydzielniczymi, odpowiedzialnych za patologiczne zwłóknienie organu. Ten mechanizm jest bardzo słabo poznany. „Częściowo wiąże się to z faktem, że komórki stelarne w normalnych warunkach stanowią jedynie niewielki procent masy trzustki, i nierzadko były do tej pory pomijane w badaniach. Nie wiemy zatem, jakie sygnały powodują, że komórki te w niekontrolowany sposób zaczynają produkować włókna kolagenowe, które przerastają tkankę, niczym nigdy niegojąca się blizna. Nasze wstępne wyniki pokazują jednak, że sygnały wapniowe mogą odgrywać istotną rolę także w procesie aktywacji komórek stelarnych Podejrzewamy również, że zwiększony poziom białek z rodziny Bcl-2 może promować przetrwanie aktywowanych komórek w stanie zapalnym".
Celem projektu jest zbadanie mechanizmów, leżących u podłoża zwłóknienia trzustki, od poziomu procesów sygnalizacyjnych w pojedynczych komórkach aż do makroskopowych zmian patologicznych w organie. Zrozumienie tych procesów jest bowiem warunkiem skutecznego leczenia. W badaniach zostaną zastosowane nowoczesne techniki obrazowania (mikroskopia konfokalna), które posłużą do pomiarów wewnątrzkomórkowych sygnałów wapniowych w czasie rzeczywistym, zarównow pojedynczych komórkach stelarnych, jak i fragmentach tkanek. Następnie badania na poziomie komórkowym zostaną uzupełnione nowymi modelami zapalenia trzustki, w połączeniu z klasycznymi metodami histologicznymi limmunofluorescencyjnymi barwienia tkanek. Otrzymane wyniki będą pomocne w wyjaśnieniu patofizjologicznego podłoża zwłóknienia trzustki i być może także innych organów: płuc, nerek czy wątroby. Ostatnim etapem badań będzie przetestowanie nowej strategii leczenia zapalenia trzustki oraz zapobiegania jej zwłóknieniu poprzez zastosowanie niedawno wprowadzonego na rynek leku: inhibitora białek Bcl-2. Uzyskanie pozytywnych wyników testów otworzyłoby drogę do rozszerzenia zastosowania tego leku również o terapię chorób trzustki.
Ogromnym wyzwaniem dla współczesnej medycyny jest regeneracja tkanek i narządów. Ze względu na brak możliwości lub ograniczony potencjał do odtworzenia funkcjonalnej struktury uszkodzonych tkanek u człowieka, np. mięśnia sercowego, poszukuje się nowatorskich metod terapeutycznych. W tym zakresie, metody oparte o komórki macierzyste (ang, stem cells; SC), wydają się szczególnie obiecujące. SC posiadają pierwotny – niezróżnicowany charakter i pod wpływem określonych czynników, mogą różnicować w inne typy komórek. Szczególnym rodzajem SC są indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (ang. induced pluripotent stem cells; iPSC), które posiadają zdolność do różnicowania we wszystkie rodzaje komórek budujących organizm dorosły oraz można je utrzymać w hodowli w nieskończoność. iPSC są komórkami sztucznie utworzonymi w laboratorium, dlatego ich wykorzystanie w badaniach biomedycznych nie wzbudza kontrowersji etycznych. Stąd też, iPSC są doskonałym narzędziem do modelowania chorób czy testowania nowych leków oraz stanowią potencjalne źródło komórek do przeszczepów i naprawy uszkodzonych narządów. Co więcej, iPSC, podobnie jak inne komórki, wydzielają bioaktywne nanostruktury, w postaci pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (ang. extracellular vesicles; EVs). EVs to maleńkie pęcherzyki, które zawierają bioaktywne składniki, takie jak białka, lipidy i cząsteczek RNA. EVs mogą wnikać do innych komórek i po uwolnieniu swojej zawartości, mogą zmieniać zachowanie oraz sposób funkcjonowania komórek docelowych. Zatem wykorzystanie zarówno komórek iPSCs, jak i EVs stanowi atrakcyjne narzędzie w medycynie regeneracyjnej. Co ważne, naturalne środowisko występowania SCs cechuje obniżona dostępność tlenu (tzw. hipoksja), w porównaniu do wartości atmosferycznego stężenia tlenu (tzw. normoksja). Jednak wpływ hipoksji na właściwości biologiczne ludzkich iPSCs (hiPSCs) oraz wydzielanych przez nie EVs nie został w pełni poznany, co stanowiło główny cel badawczy projektu.
Wykorzystując nowoczesne metody badawcze, sprawdziliśmy w projekcie skład molekularny hiPSC oraz pochodzących z nich EVs. Zbadaliśmy również wpływ hiPS-EVs pochodzących z różnych warunków stężenia tlenu, na różne rodzaje komórek mięśnia sercowego, włączając kardiomiocyty (komórki kurczliwe) komórki budujące ściany naczyń krwionośnych oraz komórki stromalne. Co więcej, dokonaliśmy weryfikacji terapeutycznych właściwości hiPS-EVs bezpośrednio w modelu mysim uszkodzenia serca (Ryc. 1). Uzyskane wyniki wskazują, że w zależności od dostępności tlenu w hodowli, zachodzą zmiany na poziomie molekularnym, zarówno w komórkach, jak i EVs, co również przekłada się na aktywność biologiczną EVs. Wykazaliśmy korzystne działanie hiPS-EVs na różne populacje komórek serca, w tym zwiększenie przeżywalności, wzrost odporności na stres oksydacyjny, wzmożoną proliferację oraz zachowanie fenotypu komórkowego. W badaniach uszkodzenia serca u myszy doświadczalnych potwierdziliśmy korzystny wpływ zastosowania terapii w oparciu o hiPS-EVs.
Podsumowując, wyniki uzyskane w projekcie dostarczyły nowej wiedzy na temat wpływu stężenia tlenu w mikrośrodowisku komórek hiPSC na skład molekularny oraz metabolizm hiPSC oraz aktywność wydzielanych przez nie EVs. Co ważne, potwierdzony w projekcie korzystny wpływ hiPS-EVs na funkcjonowanie komórek serca może zostać wykorzystany w medycynie regeneracyjnej, włączając kardiologię eksperymentalną. Dzięki temu, uzyskane rezultaty mogą przyczynić się do poprawy zdrowia wielu pacjentów.
Projekt będzie realizowany w ramach konsorcjum BioMiStem, w skład którego wchodzą: Uniwersytet Jagielloński (lider), Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Instytut Farmakologii PAN w Krakowie, Instytut Zootechniki - Państwowy Instytut Badawczy w Krakowie oraz Instytut Medycyny Innowacyjnej Sp. z o.o. w Krakowie.
Badania na Uniwersytecie Jagiellońskim będą prowadzone przede wszystkim na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii (Zakład Biologii Komórki), a także na Wydziale Chemii (Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii) i w Małopolskim Centrum Biotechnologii (Laboratorium Biotechnologii Komórek Macierzystych).
Kierownikiem projektu, którego wartość całkowita wynosi ponad 17 mln złotych, jest dr hab. Ewa Zuba-Surma, prof. UJ z Zakładu Biologii Komórki Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ.
Choroby cywilizacyjne oraz towarzyszące im między innymi schorzenia narządu ruchu stanowią wyzwanie współczesnej medycyny regeneracyjnej. Projekt badawczy zakłada wykorzystanie biozgodnych materiałów jako rusztowań dla mezenchymalnych komórek macierzystych (MSCs) oraz ich wykorzystania w regeneracji tkanki chrzęstnej i kostnej u pacjentów cierpiących na choroby cywilizacyjne, takie jak otyłość i cukrzyca typu 2. Opracowanie innowacyjnych rusztowań dla komórek o potencjale regeneracyjnym będą przedmiotem badań podstawowych, przemysłowych oraz prac rozwojowych. Międzydziedzinowa współpraca pomiędzy poszczególnymi ośrodkami naukowo-badawczymi i partnerem biznesowym daje szansę na poznanie mechanizmów regeneracji oraz opracowanie nowych metod leczenia, w tym uszkodzeń tkanki kostnej i chrzęstnej u pacjentów z chorobami cywilizacyjnymi.