►NOBEL Z DZIEDZINY FIZJOLOGII I MEDYCYNY

Tegoroczna Nagroda Nobla z dziedziny fizjologii i medycyny została przyznana trójce uczonych za opisanie molekularnych mechanizmów leżących u podstaw adaptacji komórek do zmian w podaży tlenu.

William G. Kaelin Jr., Sir Peter J. Ratcliffe i Gregg L. Semenza odkryli sposób, w jaki komórki „szacują” dostępność tlenu dostosowując jednocześnie swój metabolizm i funkcje fizjologiczne do zmian w jego stężeniu. Opisali również molekularne mechanizmy regulujące aktywność genów w odpowiedzi na różne poziomy tlenu.

Tlen wykorzystywany jest na bieżąco przez wszystkie komórki zwierzęce zawierające mitochondria. Na bieżąco, czyli bez możliwości „gromadzenia go na zapas”. Dlatego organizm uruchamia mechanizmy fizjologiczne umożliwiające szybką adaptację do niskiego poziomu tlenu. Jednym z nich jest wzrost poziomu erytropoetyny (EPO), hormonu stymulującego produkcję czerwonych krwinek (czyli erytropoezę).

Gregg Semenza badał wpływ różnych poziomów tlenu na aktywność genu EPO. Wykazał, że specyficzne segmenty DNA znajdujące się obok genu EPO są pośrednikami w odpowiedzi na niedotlenienie. Grupa badawcza sir Petera Ratcliffe’a przeprowadzała podobne eksperymenty. W rezultacie obydwa zespoły uczonych odkryły, że mechanizm wykrywania stężenia tlenu jest zjawiskiem uniwersalnym, obejmującym praktycznie wszystkie tkanki organizmu – nie tylko wytwarzające erytropoetynę komórki nerek.

William Kaelin Jr. badając chorobę von Hippel-Lindau (VHL), rzadkie schorzenie genetyczna prowadzące do dramatycznie zwiększonego ryzyka zachorowania na niektóre nowotwory, wykazał, że gen VHL koduje białko zapobiegające wystąpieniu raka oraz że komórki nowotworowe pozbawione genu VHL charakteryzują się paradoksalnie wysokim poziomem genów regulowanych przez hipoksję. Powiązano tym samym zaangażowanie białka VHL w kontrolowanie odpowiedzi na niedotlenienie.

Powyższe odkrycia przyczyniły się m.in. do opracowania nowatorskich terapii niedokrwistości, przeciwnowotworowych oraz wielu innych schorzeń. ■

Źródło: www.nobelprize.org

►AKTYWNOŚĆ MINIATUROWYCH MÓZGÓW… Z PROBÓWKI!

Japońskim naukowcom udało się uzyskać hodowlę in vitro miniaturowych, ludzkich mózgów wykazujących zsynchronizowaną aktywność elektryczną, które mają posłużyć do badań farmaceutycznych i fizjologicznych – donosi czasopismo „Stem Cell Reports”.

W wyniku przeprowadzonego eksperymentu badacze uzyskali organoid z warstwowymi tkankami o podobnej do ludzkiej kory mózgowej strukturze. Po trzech miesiącach pobrano pojedyncze komórki z jego tkanki zakładając ich hodowlę w oddzielnym naczyniu. Zaobserwowano wówczas coś niezwykłego: komórki zaczęły organizować się w klastry tworząc sieci z innymi pobliskimi klastrami neuronów.

Okazało się, że na początku neurony pobudzały się elektrycznie pojedynczo i spontanicznie. Natomiast po utworzeniu sieci i zbudowaniu połączeń z innymi neuronami ich aktywność stała się zsynchronizowana. Tymczasem taka właśnie aktywność neuronów wpływa na różne funkcje mózgu, w tym mechanizmy pamięci. – Te wyhodowane in vitro sieci neuronowe pomogą w odkrywaniu leków, lepszym modelowaniu zaburzeń neuropsychiatrycznych i być może ostatecznie otworzą drzwi do regeneracji części mózgu po chorobie lub urazie fizycznym – komentuje prof. Hideya Sakaguchi z Instytutu Salka w Kalifornii prowadzący swoje badania we współpracy z badaczami z Uniwersytetu w Kioto. Dotychczas wyhodowane w ten sposób mózgowe organoidy wykorzystano do modelowania chorób takich jak: mikrocefalia, infekcja zika i glejak. ■

Źródła: Stem Cell Reports, 2019

►WŁOS Z GŁOWY NIE WYPADNIE PO CHEMIOTERAPII?

Autorzy publikacji w „EMBO Molecular Medicine” donoszą o swoim odkryciu mechanizmu ochrony mieszków włosowych przed negatywnymi skutkami chemioterapii.

Wyniki badań naukowców z Uniwersytetu Manchesterskiego mogą całkowicie odmienić życie pacjentów onkologicznych. Wypadanie włosów na skutek terapii nowotworu uznaje się za jeden z najbardziej obciążających psychicznie przejawów działań niepożądanych takiego leczenia. Grupa dr Talveena Purby’ego z Centrum Badań Dermatologicznych Uniwersytetu Manchesterskiego wykorzystała właściwości blokowania podziałów komórkowych nowej klasy leków – tzw. inhibitorów CDK4/6 – dopuszczonych do stosowania jako tzw. celowane terapie przeciwnowotworowe. – Chociaż na początku wydawało się to sprzeczne z intuicją odkryliśmy, że inhibitory CDK4/6 mogą być tymczasowo stosowane do zatrzymania podziału komórek bez jednoczesnego wzmagania dodatkowych efektów toksycznych w mieszku włosowym. Kiedy wystawialiśmy mieszki ze skóry głowy na działanie inhibitorów CDK4/6 stawały się one dużo mniej podatne na szkodliwe działanie taksanów, czyli leków przeciwnowotworowych z grupy cytostatyków, które są powszechnie stosowane w leczeniu np. raka piersi czy płuca – tłumaczy dr Purba.

Wyspecjalizowane komórki podstawy mieszków włosowych oraz komórki macierzyste, z których one powstają, są niezwykle wrażliwe na działanie taksanów. – Dlatego należy opracować taką metodę leczenia, która ochroni te właśnie typy komórek przed niepożądanymi działaniami chemioterapii, ale nadal będzie agresywna wobec komórek nowotworowych – mówi dr Purba mając nadzieję, że praca jego zespołu przyczyni się do opracowania opartych na inhibitorach CDK4/6 farmaceutyków do stosowania zewnętrznego, które spowolnią – lub na krótko zatrzymają – podział komórek w mieszkach włosowych pacjentów poddawanych chemioterapii.

Naukowcy zamierzają teraz opracować lek nie tylko zapobiegający wypadaniu włosów, lecz także wspierający regenerację mieszków włosowych u osób po utracie włosów z powodu chemioterapii. ■

Źródło: www.embopress.org

►POMIAR GLUKOZY ŚWIATŁEM, NIE GLUKOMETREM

Jak poinformował Michał Ciepielski z biura prasowego Politechniki Wrocławskiej start-up GlucoActive, założony przez absolwentów tej uczelni, prowadzi prace nad projektem urządzenia do pomiaru poziomu glukozy we krwi przy pomocy światła. Ich celem jest opracowanie wygodnego i łatwego w obsłudze zegarka przeprowadzającego pomiar glikemii z wykorzystaniem metod optycznych i spektrofotometrycznych. – Dla wielu osób wykonanie niezbędnego nakłucia w miejscu publicznym jest krępujące, a korzystanie z libry kosztowne. Zauważyliśmy także, że problemem jest wymienianie lancetu w nakłuwaczach. Trzeba to robić często, a czasem nie ma na to czasu ani warunków i używanie jednej igły przez dłuższy czas może prowadzić do różnego rodzaju infekcji – zauważa Jakub Niemczuk, dyrektor techniczny w GlucoActive.

Opracowana przez nich metoda zakłada kilkukrotne oświetlenie skóry światłem o określonej długości fali, a następnie analizę otrzymanych wyników. – Badamy m.in., jak bardzo światło zostało rozproszone, pochłonięte przez skórę i jak zmieniło się spektralnie jego spektrum. Może się to wydawać proste, ale cały sekret tkwi w analizie matematycznej tych pomiarów. Największym problemem był dla nas fakt, że człowiek, mówiąc kolokwialnie, jest »mieszanką« wielu związków, które mocno rozpraszają światło i dają wiele różnych sygnałów. Musieliśmy stworzyć takie rozwiązania, żeby wyciągnąć z pozyskanych danych tylko informacje dotyczące glukozy – wyjaśnia Niemczuk. I dodaje, że aktualnie, badając próbki krwi i skóry, udało się uzyskać dokładność pomiaru glikemii na poziomie stosowanych powszechnie glukometrów paskowych z granicą błędu plus/minus 15 proc. – Cały czas staramy się, żeby wyniki były bardziej precyzyjne. Należy również podkreślić, że oświetlanie jest całkowicie bezpieczne, w żaden sposób nie wpływa na skórę i tkanki – dodaje Maciej Wysocki, współzałożyciel start-upu. Niewykluczone, że w przyszłości funkcjonalność urządzenia zostanie poszerzona o opcje pomiaru poziomu cholesterolu, hemoglobiny czy nawodnienia organizmu.

Pod koniec tego roku mają być przeprowadzone oficjalne testy medyczne potwierdzające uzyskane wyniki pomiarów. W połowie przyszłego roku urządzenie ma trafić na rynek w formie gadżetu sportowego w cenie ok. 2 tysięcy zł. ■

Źródło: Politechnika Wrocławska, 2019

►INTELIGENTNE RTG MOŻE PRZEWIDZIEĆ RYZYKO ZGONU

Na łamach czasopisma „Jama Network Open” opublikowano wyniki badania, z którego wynika, że analiza zdjęcia RTG klatki piersiowej z wykorzystaniem sztucznej inteligencji może pomóc w oszacowaniu długoterminowego ryzyka zgonu.

Badanie, w którym udział wzięli bezobjawowi pacjenci w wieku od 55 do 74 lat, przeprowadził wraz z zespołem dr Michael T. Lu z Massachusetts General Hospital oraz Harvard Medical School w Bostonie. Za pomocą specjalnie zaprojektowanej sieci neuronowej naukowcy poddali analizie tysiące zdjęć rentgenowskich klatki piersiowej (w projekcji przednio-tylnej) wykonanych zarówno osobom palącym, jak i niepalącym. Na tej podstawie udało się ustalić ryzyko zgonu w dalszej perspektywie. 53% osób, u których sztuczna inteligencja przewidywała bardzo wysokie ryzyko wystąpienia zawału serca, raka płuca czy śmierci z innej przyczyny, zmarło w ciągu dwunastu lat. W tym samym okresie stwierdzono zgon jedynie u 4 proc. pacjentów zakwalifikowanych przez sieć neuronową do grupy bardzo niskiego ryzyka.

Badacze wskazują na korzyści płynące z możliwości wykorzystania sztucznej inteligencji w identyfikacji pacjentów z grupy podwyższonego ryzyka zgonu jedynie na podstawie rutynowych badań (zdjęcie rentgenowskie klatki piersiowej to najczęściej wykonywane badanie obrazowe). Dzięki takiej analizie osoby w grupie ryzyka miałyby szansę na podjęcie działań profilaktycznych, w tym zmianę stylu życia. ■

Źródło: JAMA Network Open, 2019

Opracował Mariusz Kielar