🎯 O co chodzi w projekcie?
Nowotwory to jedna z najpoważniejszych chorób współczesności. Tradycyjna chemioterapia, choć skuteczna w niszczeniu komórek rakowych, często uderza też w zdrowe tkanki – powodując nudności, osłabienie odporności, anemię i uszkodzenia narządów. Naukowcy z Wrocławia szukają lepszego rozwiązania.
Projekt Onko-SPARK bada sześć nowych związków chemicznych z grupy pochodnych 4,6-dimetylo-2-sulfanylopirydyno-3-karboksyamidu, które mogą zwalczać raka bardziej precyzyjnie i z mniejszymi skutkami ubocznymi. Ich działanie jest dodatkowo wzmacniane przez elektroporację – technikę fizyczną polegającą na krótkich impulsach elektrycznych, które tymczasowo otwierają „drzwi" w błonach komórek nowotworowych i umożliwiają lepsze wniknięcie leku.
🔬 Jak przebiegały badania? Etapy projektu
Projekt realizowany był w sześciu ściśle powiązanych etapach – od syntezy chemicznej nowych substancji aż po zaawansowane testy biologiczne i analizy immunologiczne.
Synteza i charakterystyka nowych związków
Chemicy zsyntezowali sześć nowych pochodnych pirydyno-karboksyamidu (C1–C6). Każda cząsteczka zaprojektowana była metodą hybrydyzacji molekularnej – łącząc w jednej strukturze fragmenty o znanych właściwościach przeciwnowotworowych. Zbadano ich właściwości fizykochemiczne: stabilność, rozpuszczalność i reaktywność.
Modelowanie molekularne i analizy ADME
Specjaliści z Centrum Omicznego UMW przeanalizowali, jak badane substancje zachowują się w organizmie: jak szybko się wchłaniają, jak są dystrybuowane, metabolizowane i wydalane (analiza ADME). Przeprowadzono obliczeniowe modelowanie oddziaływań lek–cel, aby przewidzieć skuteczność i bezpieczeństwo substancji przed testami biologicznymi.
Badania przesiewowe cytotoksyczności na hodowlach płaskich
Substancje testowano na liniach komórkowych raka płuca (A549) w klasycznym modelu 2D (hodowla na płytce). Wyznaczono IC₅₀ – stężenie, przy którym substancja hamuje wzrost połowy komórek nowotworowych – oraz wskaźnik terapeutyczny określający bezpieczny zakres dawkowania. Badano też wpływ na kluczowe białka komórki: aktynę, E-kadherynę, VDAC.
Testy na trójwymiarowych modelach guza nowotworowego
Bardziej zaawansowane badania prowadzono na sferoidach – trójwymiarowych skupiskach komórek nowotworowych, które znacznie lepiej odwzorowują warunki panujące w prawdziwym guzie. Sferoidy mają wewnętrzną strefę niedotlenioną i gradient substancji odżywczych – tak jak guzy w organizmie. Oceniano przenikanie substancji do wnętrza sferoidu i mechanizmy jego niszczenia.
Elektroporacja – fizyczne wspomaganie działania leków
We współpracy z Wileńskim Instytutem Technologicznym (Vilnius Tech) zastosowano elektroporację – krótkie, precyzyjne impulsy elektryczne (mikro- i nanosekundowe, protokół ESOPE), które tworzą tymczasowe nanootworki w błonie komórkowej. Dzięki temu badane substancje wnikają do wnętrza komórki nowotworowej w znacznie większej ilości. Efekt: wyższa skuteczność przy niższej dawce leku. Testowano zarówno protokół µsPEF (impulsy mikrosekundowe), jak i nsPEF (nanosekundowe).
Immunomodulacja – wpływ na układ odpornościowy
Badano, jak substancje i elektroporacja wpływają na makrofagi – kluczowe komórki układu odpornościowego. Szczególną uwagę poświęcono tzw. polaryzacji makrofagów: zmianie ich „nastawienia" z prozapalnego (M1, atakującego patogeny) na antyzapalne (M2, sprzyjające gojeniu – ale niestety też progresji nowotworów). Oceniano markery powierzchniowe komórek (CD206, CD163, CD80, CD86) oraz wydzielane cytokiny (IL-10, TNF-α i inne).
Analiza danych, konferencje, narzędzia cyfrowe
Wyniki zaprezentowano na konferencjach międzynarodowych (Ryga 2026, Lublin 2025). Opracowano dwa bezpłatne programy do analizy obrazów mikroskopowych: F-AI i HTM SCA. Trwają publikacje w recenzowanych czasopismach naukowych.
📊 Najważniejsze wyniki badań
💥 Elektroporacja wzmacnia działanie nowych substancji
Wykazano, że połączenie badanych związków chemicznych z elektroporacją (zarówno µsPEF jak i nsPEF) znacząco zwiększa cytotoksyczność wobec komórek raka płuca (linia A549). Efekt był zależny od stężenia i rodzaju substancji, co sugeruje, że mechanizm nie polega wyłącznie na zwiększonym transporcie leku, ale też na synergistycznym działaniu obu metod.
🔬 Zmiany w strukturze komórki nowotworowej
Badania mikroskopowe i cytometryczne (cytometria przepływowa, mikroskopia konfokolna) wykazały zmiany w rozmieszczeniu kluczowych białek: aktyny, E-kadheryny, β-kateniny i VDAC po zastosowaniu substancji z elektroporacją. To dowód na zaburzenie integralności komórki nowotworowej i uruchomienie szlaków jej śmierci (apoptoza).
🧬 Modulacja polaryzacji makrofagów
Niektóre spośród badanych substancji wykazały zdolność do wpływania na „nastawienie" makrofagów – komórek strażników układu odpornościowego. Jest to o tyle istotne, że makrofagi w otoczeniu guza często przyjmują profil M2 (antyzapalny), który paradoksalnie sprzyja wzrostowi nowotworu. Zmiana ich polaryzacji w kierunku M1 mogłaby wzmocnić naturalną odpowiedź organizmu przeciwko rakowi.
💊 Bezpieczeństwo farmakologiczne (ADME)
Analizy farmakokinetyczne wykazały akceptowalny profil biodostępności i metabolizmu badanych substancji. Wyznaczono stężenia skuteczne (IC₅₀) oraz wskaźnik terapeutyczny – kluczowe parametry bezpieczeństwa na drodze do przyszłego zastosowania klinicznego.
🖼️ Przykład z badań: makrofagi a rak
Jednym z ważnych obszarów projektu było zbadanie, jak badane substancje wpływają na komórki układu odpornościowego – konkretnie na makrofagi. Są to komórki, które mogą zarówno atakować nowotwory (faza M1), jak i – niestety – wspierać ich wzrost (faza M2). Poniższa grafika ilustruje ten kluczowy mechanizm i pokazuje, na które markery i cytokiny wpływały badane substancje.
Ryc. Wpływ wybranych związków (Związek 1 i Związek 2) na polaryzację makrofagów między stanem prozapalnym (M1) a antyzapalnym (M2). Związek 1 kieruje makrofagi ku fazie M1 (aktywacja przeciwnowotworowa), Związek 2 – ku fazie M2. Badania z projektu Onko-SPARK, UMW Wrocław 2025–2026.
Makrofag M1 to „wojownik" – atakuje bakterie i komórki nowotworowe. Makrofag M2 to „gojący" – naprawia tkanki, ale w kontekście nowotworu może pomagać mu rosnąć i unikać układu odpornościowego. Umiejętność przestawiania makrofagów z M2 na M1 za pomocą substancji chemicznej może stać się nową strategią terapeutyczną w onkologii.
⚡ Jak działa elektroporacja? Podwójne uderzenie w raka
Wyobraź sobie błonę komórkową jako szczelny mur otaczający komórkę nowotworową. Nasz lek musi przez ten mur przeniknąć, aby zadziałać. Elektroporacja to jak stworzenie w murze tymczasowych bram – impulsy elektryczne powodują chwilowe rozszczelnienie błony, lek wnika w większej ilości, a po kilku minutach błona się zamyka. Komórka nowotworowa otrzymała podwójny cios.
💻 Narzędzia cyfrowe opracowane w projekcie
Ważnym efektem projektu jest stworzenie dwóch bezpłatnych programów (open-source), które umożliwiają szybką i precyzyjną analizę obrazów mikroskopowych – kluczowych w ocenie działania leków na komórki. Narzędzia są dostępne publicznie i mogą być wykorzystywane przez laboratoria na całym świecie.
F-AI (Kulbacka J. 2026, doi: 10.5281/zenodo.19597282) działa bezpośrednio w przeglądarce – bez instalacji. Mierzy intensywność fluorescencji komórek. HTM SCA (julitakul.github.io/HTM-Simple-Cell-Analyzer/) automatyzuje analizę dużych zbiorów obrazów, skracając czas badań przesiewowych z dni do godzin.
🌍 Znaczenie dla pacjentów i systemu ochrony zdrowia
W Polsce co roku na nowotwory zachoruje ponad 170 000 osób. Mimo ogromnego postępu medycyny, wiele nowotworów pozostaje opornych na standardowe leczenie, a skutki uboczne chemioterapii znacząco obniżają jakość życia pacjentów.
Wyniki projektu zaprezentowano na międzynarodowych konferencjach naukowych (m.in. Bioelectrochemical Society, Ryga 2026, Lublin 2025) i są w procesie publikacji w recenzowanych czasopismach naukowych.
👩🔬 Kto stoi za projektem?
Projekt realizowany był przez Katedrę i Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, pod kierownictwem prof. dr hab. Julity Kulbackiej.
W badaniach uczestniczyło ponad 27 osób: doktoranci, adiunkci, biochemicy, farmakolodzy, chemicy medyczni, specjaliści od cytometrii przepływowej i analiz omicznych. Partnerem technologicznym był Wileński Instytut Technologiczny (Vilnius Tech, Litwa), odpowiedzialny za zaawansowane urządzenia do elektroporacji.
Projekt finansowany ze środków Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększania Odporności (KPO), za pośrednictwem Agencji Badań Medycznych (ABM), w ramach inwestycji D3.1.1 „Kompleksowy Rozwój Badań w zakresie nauk medycznych i nauk o zdrowiu". Projekt dofinansowany przez Unię Europejską – NextGenerationEU. Numer umowy: 2024/ABM/03/KPO/KPOD.07.07-IW.07-0072/24-00