Naukowcy z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW we współpracy z zespołem z Wydziału Farmaceutycznego WUM prowadzą badania, w ramach których ma powstać platforma wykorzystująca aerożel krzemoorganiczny wzmocniony włókniną do zastosowań w hodowlach in vitro korzeni transformowanych, zwanych inaczej włośnikowatymi (ang. hairy roots).

– Forma biomasy roślinnej, którą charakteryzuje obfity rozrost korzeni bocznych pokrytych włośnikami, brak przyrostu wtórnego oraz plagiotropizm, pomaga w uzyskaniu unikalnych, biologicznie czynnych związków chemicznych, które pojawiają się tylko w tej części rośliny. Uzyskana tym sposobem produkcja wartościowych farmaceutycznie związków pochodzenia botanicznego zachodzi stabilnie i bardzo wydajnie. Pewnym ograniczeniem możliwości zwiększenia produkcji roślinnych metabolitów jest delikatność i wrażliwość mechaniczna biomasy, przez co nie jest ona łatwa w obróbce technologicznej – mówi dr hab. inż. Maciej Pilarek, profesor uczelni z Politechniki Warszawskiej.

Współpraca inżyniera z biologiem

Grupa badawcza pod kierownictwem dr hab. Katarzyny Sykłowskiej-Baranek z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego zajmuje się otrzymywaniem biomasy roślinnej, w której zachodzi biosynteza związków o znaczeniu farmaceutycznym. Badania prowadzone są na małą skalę w laboratorium. Współpraca z PW ma to zmienić. W jaki sposób?

– Zaproponowaliśmy wykorzystanie aerożeli. Żel to struktura usieciowana, wypełniona cieczą, a aerożel to krzemionkowy szkielet wypełniony gazem, np. powietrzem. Krzemionka jest składnikiem gleby, czyli naturalnego podłoża, w którym rosną korzenie roślin. Nie ma negatywnego wpływu na wzrost korzeni i zachodzące w nich procesy biosyntezy związków chemicznych. Dodatkowo aerożel jest strukturą bardzo porowatą i wypełnioną powietrzem. To idealna struktura do penetrowania przez rozwijające się korzenie – wyjaśnia prof. Pilarek.

Celem aerożelowej platformy jest zabezpieczenie korzeni, które w naczyniu hodowlanym lub bioreaktorze obijają się o jego ściany, a przez to niszczą, co skutkuje zmniejszeniem wydajności hodowli biomasy korzeni. Dodatkowo, podczas prowadzonych badań okazało się, że opracowana platforma nie tylko chroni korzenie, ale również intensyfikuje biosyntezę wytwarzanych w korzeniach związków biologicznie czynnych poszukiwanych przez przemysł farmaceutyczny.

– Stworzyliśmy korzystne warunki do hodowli korzeni transformowanych i otrzymywania farmaceutycznie istotnego metabolitu – mówi prof. Pilarek.

Platformy aerożelowe intensyfikują wzrost biomasy korzeni i wytwarzanie metabolitów roślinnych oraz pozwalają zachować integralność korzeni transgenicznych w hodowlach in vitro.

Znaczenie projektu w leczeniu chorób nowotworowych

– Szacuje się, że do 2050 roku wzrost zachorowań na niektóre nowotwory będzie wynosił nawet 70% – mówi dr hab. Katarzyna Sykłowska-Baranek. – Z tego względu w drugim etapie naszego projektu skupiamy się na analizie otrzymanych ekstraktów pod kątem ich cytotoksyczności względem komórek modelowej linii komórek nowotworowych – wyjaśnia.

Badacze zajmują się m.in. paklitakselem, czyli związkiem chemicznym z grupy taksanów. Związek, wykorzystywany jest w terapii raka piersi i jajnika.

– Paklitakselu nie da się wydajnie syntezować w laboratorium. Tradycyjnie związek ten izolowany jest z kory cisa krótkolistnego, który nie rośnie w naszych warunkach klimatycznych. W dodatku, w rozsądnych ilościach paklitaksel obecny jest w korze cisu dopiero po kilkudziesięciu latach. Stąd pomysł na sprawdzenie efektów zastosowania platform wykorzystujących aerożele wobec biomasy cisa, w celu zwiększenia wydajności biosyntezy związku o wysokim potencjale chemioterapeutycznego użycia – wyjaśnia dr hab. Katarzyna Sykłowska-Baranek.

Kontynuacja współpracy

Choć prace założone w grancie są już na ukończeniu, wspólny projekt warszawskich uczelni stał się punktem wyjścia do wspólnego prowadzenia dalszych badań.

– Prawdziwy badacz nigdy nie odnosi sukcesu, tylko zawsze to co osiągnął jest punktem wyjścia do kolejnych badań – mówi dr hab. inż. Maciej Pilarek, profesor uczelni.

– 

Projekt „Bifunkcjonalne aerożelowe platformy do intensyfikacji biosyntezy cytotoksycznych naftochinonów w hodowlach in vitro korzeni transgenicznych” jest finansowany w ramach grantu badawczego Centrum Badawczego POB Biotechnologia i inżynieria biomedyczna programu Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza, który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu badawczego:
dr hab. inż. Maciej Pilarek, profesor uczelni (Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej), dr hab. Katarzyna Sykłowska-Baranek (Warszawski Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny), mgr inż. Bartosz Nowak (Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej), mgr inż. Mateusz Kawka (Warszawski Uniwersytet Medyczny, Wydział Farmaceutyczny), mgr inż. Kamil Wierzchowski (Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej)