Rozwijamy medycynę regeneracyjną na WUM

Skąd współcześnie tak duże zainteresowanie medycyną regeneracyjną?

Prof. Magdalena Kucia: Medycynę regeneracyjną charakteryzuje zdolność przywracania utraconej funkcji tkanek lub narządów. Jej podstawowym celem opracowanie procedur i/lub produktów komórkowych pozwalających na zastępowanie zniszczonych struktur organizmu. Szereg obecnie prowadzonych badań skupia się na identyfikacji, charakterystyce i izolacji komórek macierzystych z dorosłego organizmu w nadziei, iż komórki te mogą okazać się użyteczne w leczeniu i odnowie dojrzałych, uszkodzonych tkanek na drodze przez egzogennej terapii komórkowej i/lub dzięki aktywacji endogennych komórek macierzystych.

Sektor terapii komórkowych jest obecnie zaangażowany w ponad 2200 badań klinicznych na całym świecie. Rocznie w skali całego globu dokonuje się ponad 60 000 przeszczepów komórek macierzystych układu krwiotwórczego w leczeniu chorób onkologicznych oraz hematologicznych. Potencjalne oszczędności uzyskane w wyniku terapii medycyny regeneracyjnej - w samych tylko Stanach Zjednoczonych - w zakresie redukcji kosztów bezpośrednich związanych z chorobami przewlekłymi zostały oszacowane na około 250 mld dolarów rocznie.

Czym zajmuje się zespół Laboratorium?

MK: Laboratorium powstało wspólnym wysiłkiem – moim oraz prof. Mariusza Ratajczaka, który był jego pierwszym kierownikiem. Prowadzimy w nim badania ukierunkowane na optymalizację namnażania i wykorzystania w medycynie klinicznej, zarówno wczesnych rozwojowo komórek macierzystych izolowanych z dorosłych tkanek, jak i komórek odtwarzających uszkodzone tkanki. Jednocześnie opracowujemy protokoły mające na celu wykorzystanie efektów parakrynnych komórek (gdy uwalniane z komórek cząsteczki sygnałowe działają na okoliczne komórki bez udziału krwiobiegu), powstających w wyniku ich ekspansji w hodowlach ex vivo. Opracowaliśmy protokoły różnicowania prymitywnych komórek o charakterze pluripotencjalnym VSELs w kierunku komórek układu krwiotwórczego, endotelialnych oraz pneumocytów. Faza badań podstawowych oraz aplikacyjnych z dostępnymi modelami zwierzęcymi została zakończona w przypadku różnicowania VSELs w komórki endotelialne oraz pneumocyty. Wyniki zostały opublikowane w czasopisamach Leukemia, Cells oraz Stem Cell Reviews and Reports.  

Nasz zespół jest autorem odkrycia wczesnych rozwojowo komórek w dorosłych tkankach. Zostały one opisane jako małe komórki przypominające komórki embrionalne (ang. very small embryonic like stem cells, VSELs). Ich obecność została potwierdzona przez niezależne grupy badawcze na świecie. Jako pierwsi na świecie opisaliśmy również korzystny wpływ efektów parakrynnych komórek stosowanych w medycynie regeneracyjnej, poprzez uwalnianie z nich różnych związków troficznych oraz tzw. mikropęcherzyków (ang. extracellular microvesciles; ExMVs). 

Ostatnio opracowaliśmy skuteczną metodę namnażania ex vivo w hodowlach in vitro komórek VSELs oraz ich różnicowania w komórki potomne różnych tkanek. Należy podkreślić, iż w opracowanej metodzie nie wykorzystujemy wektorów wirusowych ani ko-hodowli z innymi komórkami. Ta nowatorska strategia jest objęta wnioskiem patentowym, który jest w naszym posiadaniu. Wyniki prac zostały zaprezentowane podczas zorganizowanego przez nas Międzynarodowego Zjazdu V Baltic Stem Cell Meeting (październik 2022, Warszawa) oraz opublikowane w prestiżowym piśmie Circulation Research. 

Naukowcy z Laboratorium jako pierwsza grupa na świecie wyjaśnili również, w jaki sposób koronawirus - z jednej strony może bezpośrednio infekować krwiotwórcze komórki macierzyste odpowiedzialne za procesy krwiotworzenia, a z drugiej prowadzić do sztormu cytokinowego. Wyniki naszych badań zaprezentowano na międzynarodowym zjeździe American Society of Hematology. Zostały docenione przez światowe środowisko badaczy.

A jakie są Państwa plany naukowe na najbliższe lata?

MK: Planów mamy bardzo wiele. Chcemy opracować i przygotować, w oparciu o standardy GMP (według tzw. dobrych praktyk produkcyjnych z ang. good manufacturing practice) określających reguły zapewnienia wysokich standardów w poszczególnych procesach produkcj, z możliwie najlepszym przestrzeganiem higieny w miejscu pracy, zadbanie o jakość produktu i jego zunifikowanie), komórki macierzyste oraz ExMVs do celów klinicznych dla klinik oraz szpitali WUM, a także innych współpracujących ośrodków. Komórki mogą znaleźć zastosowanie prawie we wszystkich dziedzinach medycyny klinicznej. 

Równolegle będziemy opracowywać, zgodnie ze standardami GMP, protokoły pozyskiwania ExMVs dla celów klinicznych, m.in ExMVs będą uzyskiwane z hodowli komórek VSELs poddawanych ekspansji ex vivo.

Kilka lat temu zaproponowaliśmy również nowe rozwiązania mające na celu opracowanie optymalnych protokołów pozyskiwania ExMVs jako nowych strategii leczniczych. W pierwszym etapie pozyskiwane ExMVs będą wykorzystane do leczenia oparzeń skóry oraz niegojących się ran podudzi.

Planujemy również, w ramach współpracy z nanotechnologią, opracować nowe protokoły uzyskiwania modyfikowanych ExMVs, co będzie finalnie prowadzić do optymalnego dostarczania leków w postaci nanocząsteczek do komórek. W tym wypadku ExMVs będą pełniły funkcję fizjologicznych liposomów.

ExMVs mogą również znaleźć zastosowanie w diagnostyce szeregu schorzeń, w tym m.in. nowotworowych. Analiza molekularna tych krążących w płynach ustrojowych struktur dostarcza informacji o ich pochodzeniu np. z uszkodzonych procesem chorobowym tkanek.

Naszą ambicją jest utworzenie na WUM, w oparciu o posiadaną wartość intelektualną oraz złożone międzynarodowe patenty, wzorcowego na skalę międzynarodową ośrodka terapii komórkowej na potrzeby medycyny regeneracyjnej

Coraz częściej mówi się o wykorzystywaniu medycyny regeneracyjnej do zahamowywania procesów starzenia. Czy ten temat jest również w Państwa zainteresowaniach badawczych?

MK: Jak najbardziej. Uwzględniając dane demograficzne o starzeniu się populacji europejskiej zaproponowaliśmy wprowadzenie nowej dziedziny w obszar nauk medycyny regeneracyjnej -  farmakologii komórek macierzystych. Chcemy opracować strategie lecznicze zwiększające witalność komórek macierzystych w dorosłych tkankach (m.in. komórek VSELs). 
Nowo powstające protokoły badawcze będą miały na celu opracowanie warunków oraz postępowań terapeutycznych, które utrzymają populacji komórek macierzystych w jak najlepszym stanie czynnościowym. To bezpośrednio warunkuje ich potencjał do fizjologicznej regeneracji/odmładzania zużywanych z czasem tkanek, a tym samych pośrednio determinuje długość życia osobnika. W tych badaniach planujemy podjąć współpracę z przemysłem farmaceutycznych oraz instytutami zajmującymi się dietetyką, medycyną sportową oraz rehabilitacją.

Biorąc pod uwagę niezwykle wysoki potencjał społeczny prowadzonych przez Państwa projektów, czy udało się nawiązać umowy o współpracy z partnerami przemysłowymi?

MK: Tak, jak najbardziej. Prowadzone przez nas badania są obiektem zainteresowania firm medycznych oraz biotechnologicznych. Do tej pory, jako konsorcjum w ramach projektu CePT II, podpisaliśmy umowę ramową dotyczącą komercjalizacji wyników badań. Obejmuje ona zarówno optymalizację metod wykorzystania w medycynie regeneracyjnej wczesnych rozwojowo komórek macierzystych obecnych w tkankach izolowanych od osobników dorosłych w leczeniu szeregu schorzeń, jak i optymalizację wykorzystania mikrofragmentów błonowych (ang. extracellular microvesicles; ExMVs) w medycynie klinicznej, diagnostyce oraz przemyśle kosmetycznym. Umowa dotyczy również opracowania postępowań terapeutycznych spowolniających procesy starzenia. Objęła ponato stworzenie nowej platformy leczniczej tzw. farmakologii komórek macierzystych oraz wykorzystania zdobyczy nanotechnologii w medycynie regeneracyjnej.

Projekt CePT II – wsparcie potencjału badawczego uczelni

W 2018 r. WUM podpisał umowę na realizację projektu „Centrum Badań Przedklinicznych i Technologii – CePT II”. Umożliwił on zintensyfikowanie prac badawczych oraz wdrożeniowych w ścisłej współpracy z partnerami biznesowymi. Potrwa do 2023 r.

CePT II realizuje konsorcjum naukowe, tworzone przez Warszawki Uniwersytet Medyczny (Wnioskodawca/Lider konsorcjum), Uniwersytet Warszawski (konsorcjant), Instytut Wysokich Ciśnień PAN (konsorcjant). 

Badania prowadzone w ramach projektu objęły trzy zakresy tematyczne: medycynę regeneracyjną (Laboratorium Medycyny Regeneracyjnej WUM), nanomedycynę (IWC PAN) oraz weryfikację innowacyjnych technologii poprzez wykorzystanie technik spektrometrii masowej, izotopowych oraz prototypowania 3D (UW). 

W ramach projektu konsorcjum zakupiło specjalistyczną aparaturę i wyposażenie do celów badawczo-rozwojowych. Ich wartość to około 45 mln zł. Do pracowni wchodzących w skład Laboratorium Medycyny Regeneracyjnej trafiło ponad 20 najnowocześniejszych sprzętów.

• Pracownia proteomiki została poszerzona o system spektrometrii mas. Składa się on z dwóch spektrometrów mas sprzężonych z nano-UHPLC (nanoElute). Spektrometry mas wchodzące w skład systemu to SolariX 2xR (analizator cyklotronowego rezonansu jonów z fourierowską transformacją wyników, FT-ICR) wyposażony w dwa źródła jonizacji ESI (elektrorozpylanie) oraz MALDI (desorpcja laserowa z udziałem matrycy) oraz Compact (kwadrupol z analizatorem czasu przelotu) ze źródłem jonizacji ESI);
• Do pracowni cytometrii przepływowej trafiły: cytometer BD FACSVerse, sorter komórek o wysokiej prędkości BC MoFlo Astrios EQ (wyposażony w lasery 355, 488 i 640 nm), a także w dwa detektory FSC - FSC1 i FSC2 oraz autoMACS Pro Separator - stacjonarne urządzenie do szybkiego sortowania komórek za pomocą kulek magnetycznych;
• Pracownię sekwencjonowania genomowego wyposażono m.in. w sekwenator NGS NextSeq 2100 - najnowszy personalny sekwenator o dużej przepustowości. System pozwala na sekwencjonowanie nawet do 120Gb, zapewniając jednocześnie szybkość, prostotę obsługi oraz dostępność kosztową porównywalną z dostępnymi dotychczas personalnymi systemami NGS; sekwenator NGS MiniSeq; serwer analityczny Intelliseq/ Thomas-Krenn; system TapeStation 4150, fluorometr; digital PCR system; real-time PCR (blok 384-dołkowy) QuantStudio 5; real-time PCR (blok 96-dołkowy); termocykler Simpli Amp Thermal Cycler; Termocycler Proflex 96; separator magnetyczny Magtivio MM-Separator M96.

A także do pracowni obrazowania, pracowni mikropęcherzyków błonowych oraz pracowni hodowli komórek. Dzięki zakupionej aparaturze Laboratorium zwiększyło potencjał świadczenia usług i badań z zakresu zaawansowanych technologii na rzecz przedsiębiorstw oraz wzmocniła się współpraca jednostek naukowych i przemysłu. 

Projekt CePT II jest realizowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014-2020 (RPO WM 2014-2020) w ramach działania 1.1. Działalność badawczo – rozwojowa jednostek naukowych - Typ projektów - Wsparcie infrastruktury badawczo – rozwojowej jednostek naukowych. Wartość projektu ogółem to ok. 45 mln zł.