Do tego grona dołączyli badacze z Uniwersytetu Medycznego w Lublinie. Zespół pod kierownictwem dr hab. n. med. i n. o zdr. Nazara Trotsko, profesora Uczelni, z Katedry i Zakładu Chemii Organicznej opracował nowe związki chemiczne o potencjalnym działaniu przeciwprątkowym. Wynalazek obejmuje zarówno nowe pochodne chemiczne, sposób ich otrzymywania, jak i możliwość ich przyszłego zastosowania medycznego.

Pierwsze wyniki badań laboratoryjnych są obiecujące. Jeden z opracowanych związków hamował wzrost prątków gruźlicy już przy stężeniu 78 nanomoli na litr. Badacze zaobserwowali również aktywność wobec szczepu opornego na jeden z podstawowych leków przeciwgruźliczych oraz korzystne wyniki w badaniach toksyczności na komórkach prawidłowych.

Czy odkrycie lubelskich naukowców może w przyszłości pomóc w walce z gruźlicą lekooporną? Jak daleka droga dzieli laboratoryjne wyniki od potencjalnego leku? O tym rozmawiamy z prof. Nazarem Trotsko.

Gruźlica to nie tylko problem przeszłości

Gruźlica nadal stanowi istotny problem zdrowia publicznego. Szczególnie trudnym wyzwaniem jest jej wielolekooporna postać (MDR-TB), w której bakterie są oporne na najważniejsze leki stosowane w standardowym leczeniu. Oznacza to konieczność stosowania bardziej złożonych terapii, które mogą być dłuższe i trudniejsze dla pacjentów.

– W Europie problem gruźlicy nie jest tak widoczny jak w niektórych innych częściach świata. Nie oznacza to jednak, że możemy go lekceważyć. W krajach o słabiej rozwiniętych systemach ochrony zdrowia choroba nadal stanowi poważne zagrożenie – zauważa.

Jak podkreśla, gruźlica jest chorobą szczególnie podstępną. Bakterie wywołujące zakażenie potrafią wykorzystywać mechanizmy obronne organizmu, aby przetrwać i namnażać się w jego wnętrzu. Choroba może przez długi czas rozwijać się bez charakterystycznych objawów, a jej symptomy bywają podobne do występujących w innych schorzeniach.

Szczególnie trudna sytuacja dotyczy osób z osłabionym układem odpornościowym, w tym zakażonych wirusem HIV. W ich przypadku ryzyko rozwoju aktywnej gruźlicy jest większe, a przebieg choroby może być cięższy.

– Jednym z największych problemów jest dziś lekooporność prątków gruźlicy. W standardowym leczeniu wykorzystuje się kilka podstawowych leków, które są stosowane od wielu lat. Niestety, drobnoustroje potrafią wykształcać mechanizmy pozwalające im przetrwać mimo prowadzonej terapii. Dlatego tak ważne jest poszukiwanie nowych substancji chemicznych, które mogłyby działać w inny sposób i pomóc w zwalczaniu również tych szczepów, które nie reagują już na dotychczasowe leczenie – wyjaśnia profesor. 

Cztery nowe warianty i obiecujące wyniki badań

Odpowiedzią na potrzebę poszukiwania nowych substancji mogą być związki opracowane przez naukowców UMLUB. W patencie opisano cztery warianty pochodnych, różniące się budową chemiczną. Ich wspólnym elementem jest struktura tiazolidynodionowa, która od lat stanowi przedmiot zainteresowania badaczy poszukujących nowych substancji o potencjalnej aktywności biologicznej.

– Spośród związków opisanych w patencie szczególnie obiecująca jest pochodna wykazująca aktywność przeciwprątkową już przy bardzo niskich stężeniach, mieszczących się w zakresie nanomolowym. Aktywność tę potwierdziliśmy w badaniach laboratoryjnych wobec referencyjnego szczepu Mycobacterium tuberculosis H37Rv. W przypadku najbardziej aktywnego związku minimalne stężenie hamujące wzrost bakterii, czyli MIC, wynosiło zaledwie 78 nanomoli na litr. Pozostałe badane warianty również wykazywały aktywność przeciwprątkową, choć wymagały zastosowania nieco wyższych stężeń. Co istotne, związki porównaliśmy także z podstawowymi lekami stosowanymi w leczeniu gruźlicy. Uzyskane wyniki wskazują na około dwukrotnie większą aktywność przeciwprątkową badanych pochodnych w porównaniu z zastosowanymi preparatami referencyjnymi – tłumaczy.

Wynik 78 nanomoli na litr oznacza, że do zahamowania wzrostu bakterii wystarczyło bardzo niewielkie stężenie badanej substancji. MIC, czyli minimalne stężenie hamujące, to jeden z podstawowych parametrów wykorzystywanych w laboratoryjnej ocenie aktywności przeciwdrobnoustrojowej.

Profesor zaznacza jednak, że na obecnym etapie nie należy jeszcze wskazywać jednego związku jako ostatecznie najlepszego kandydata do dalszego rozwoju. Sama aktywność przeciwprątkowa nie jest bowiem jedynym kryterium, które trzeba wziąć pod uwagę.

Czy nowe związki są bezpieczne dla zdrowych komórek?

Skuteczność wobec bakterii to tylko jedna strona badań nad potencjalnym lekiem. Równie ważne jest sprawdzenie, czy opracowana substancja nie wywiera szkodliwego wpływu na komórki prawidłowe.

W tym przypadku również uzyskano obiecujące wyniki. W przeprowadzonych badaniach stężenie wywołujące 50-procentowe zmniejszenie żywotności komórek prawidłowych (IC₅₀) przekraczało 100 mikromoli. To znacznie więcej niż stężenia, przy których obserwowano hamowanie wzrostu prątków gruźlicy.

– Sprawdziliśmy również, czy opracowane związki nie są szkodliwe dla zdrowych komórek. Wyniki okazały się korzystne. Do wywołania wyraźnego efektu cytotoksycznego potrzebne były znacznie większe stężenia substancji niż te, przy których obserwowaliśmy hamowanie wzrostu prątków. To ważna informacja, ponieważ sugeruje, że badane związki mogą działać przede wszystkim przeciwko bakteriom, a ich aktywność nie wynika wyłącznie z ogólnej toksyczności – podkreśla profesor.

Oczywiście wyniki badań na komórkach nie oznaczają jeszcze, że substancje są bezpieczne dla człowieka. To jednak ważny etap oceny ich potencjału i uzasadnienie dla prowadzenia kolejnych badań.

Szansa także w walce z lekoopornością

Jednym z najważniejszych wyzwań współczesnego leczenia gruźlicy jest oporność bakterii na stosowane leki. Dlatego szczególnie interesujące są wyniki wskazujące, że niektóre z nowych pochodnych mogą działać również wobec szczepów opornych na dotychczasowe terapie.

– Każdy z tych elementów jest istotny. Po pierwsze, badane związki wykazują większą aktywność przeciwprątkową niż porównywane z nimi preparaty referencyjne. Po drugie, w przeprowadzonych badaniach nie wykazały istotnej toksyczności wobec komórek prawidłowych. Trzeba jednak pamiętać, że są to wyniki uzyskane na obecnym etapie badań laboratoryjnych. Kolejną ważną właściwością jest aktywność wobec szczepów prątków gruźlicy opornych na leki. Zaobserwowaliśmy, że jeden z badanych związków wykazuje działanie również wobec szczepu opornego na izoniazyd, czyli jeden z podstawowych leków stosowanych w leczeniu gruźlicy. To szczególnie interesujący kierunek dalszych badań – wyjaśnia prof. Trotsko.

To jednak nie wszystko. Naukowcy sprawdzili również, jak opracowane substancje zachowują się w połączeniu z lekami wykorzystywanymi obecnie w terapii gruźlicy.

– Ocenialiśmy także działanie naszych związków w skojarzeniu z lekami pierwszego rzutu, które wykorzystaliśmy jako substancje referencyjne w badaniach. Okazało się, że niektóre z badanych pochodnych wykazują efekt synergistyczny z izoniazydem. Oznacza to, że połączenie obu substancji może dawać silniejszy efekt niż ich działanie osobno. Co istotne, taki efekt obserwowaliśmy przy zastosowaniu niższych stężeń – mówi profesor.

Czy nowe substancje mogłyby skrócić leczenie gruźlicy?

Standardowe leczenie gruźlicy trwa zazwyczaj co najmniej sześć miesięcy. Dla pacjentów oznacza to długotrwałą terapię, konieczność regularnego przyjmowania kilku leków i ryzyko wystąpienia działań niepożądanych. Sama choroba może również pozostawiać trwałe następstwa zdrowotne, określane jako zespół postgruźliczy.

– Na tym etapie trudno jednoznacznie ocenić, czy opracowane pochodne pozwolą skrócić terapię. Obserwowany synergizm, czyli wzajemne wzmacnianie działania niektórych substancji i leków już stosowanych, daje jednak interesujące możliwości. W przyszłości mogłoby się okazać, że podobny efekt terapeutyczny można uzyskać przy niższych dawkach leków lub krótszym czasie leczenia. Wymaga to jednak dalszych badań i potwierdzenia w kolejnych etapach – zaznacza.

Od wyników laboratoryjnych do potencjalnego leku - co dalej?

Opracowanie nowej substancji o obiecującej aktywności biologicznej to dopiero początek długiego procesu. Zanim będzie można myśleć o jej zastosowaniu u pacjentów, trzeba dokładnie poznać jej działanie, bezpieczeństwo i sposób, w jaki zachowuje się w organizmie.

Badania nad związkami opracowanymi przez naukowców UMLUB wykraczają już poza same testy laboratoryjne prowadzone poza organizmem żywym.

– Jesteśmy na etapie badań przedklinicznych. Mamy już pierwsze wyniki badań in vivo, czyli prowadzonych na modelu żywym, które nie wykluczyły dalszego rozwoju badanych związków. Kolejnym krokiem jest rozszerzenie oceny ich bezpieczeństwa, między innymi z wykorzystaniem modelu zebrafish, czyli danio pręgowanego. Planujemy również badania parametrów farmakokinetycznych, które pozwolą określić, jak substancja jest wchłaniana i jak zachowuje się w organizmie. Uzyskane w ten sposób informacje będą bardzo ważne przy opracowywaniu odpowiedniej postaci farmaceutycznej, czyli ustalaniu, w jakiej formie potencjalny lek mógłby być podawany. Przed nami jeszcze wiele etapów. Trzeba zbadać mechanizm działania związków, ich właściwości farmakologiczne, a następnie przeprowadzić kolejne badania przedkliniczne. Dopiero po uzyskaniu odpowiednich wyników można myśleć o badaniach klinicznych z udziałem ludzi – wyjaśnia.

Jak podkreśla, obiecujące wyniki uzyskane w warunkach laboratoryjnych nie zawsze przekładają się na równie dobre efekty w organizmie człowieka. Dlatego każdy kolejny etap ma zasadnicze znaczenie dla oceny rzeczywistego potencjału nowych substancji.

Skąd pomysł na właśnie takie związki?

Opracowanie nowych pochodnych nie było dziełem przypadku. To efekt wieloletnich zainteresowań naukowych zespołu, wcześniejszych badań oraz śledzenia aktualnych kierunków rozwoju chemii medycznej.

– Od dawna pracujemy nad związkami z grupy pochodnych tiazolidynodionu, ale nasze zainteresowania obejmują również łączenie różnych struktur heterocyklicznych. Mamy już doświadczenie w tym obszarze i wcześniejsze wyniki badań, między innymi realizowanych we współpracy z Katedrą i Zakładem Biochemii i Biotechnologii naszej uczelni. Tamte związki również wykazywały potencjalną aktywność biologiczną, choć nie były jeszcze tak szeroko badane pod kątem działania wobec szczepów referencyjnych. Ważnym punktem wyjścia jest dla nas także literatura naukowa. Na bieżąco śledzimy doniesienia dotyczące podobnych struktur chemicznych i sprawdzamy, jakie rozwiązania mogą być warte dalszego rozwijania. Łącząc dotychczasowe doświadczenia z wiedzą dostępną w publikacjach, modyfikowaliśmy struktury chemiczne, aż uzyskaliśmy związki, które obecnie dają najbardziej obiecujące wyniki. Czy okażą się przełomowe? To dopiero pokażą kolejne badania – zaznacza profesor.

Największym sukcesem będzie możliwość pomocy pacjentom

Choć droga od odkrycia nowej substancji do wprowadzenia leku na rynek jest długa i wymaga wielu etapów badań, uzyskane dotychczas wyniki dają podstawy do kontynuowania prac.

– Myślę, że największym sukcesem byłoby doprowadzenie tych związków do etapu, na którym mogłyby znaleźć zastosowanie w leczeniu gruźlicy. Są to nowe struktury chemiczne, które – jak pokazują dotychczasowe wyniki – mają potencjał do zwalczania prątków gruźlicy, również tych opornych na niektóre stosowane leki. Być może ich odmienna budowa wiąże się z innym mechanizmem działania, co mogłoby pomóc w przezwyciężaniu problemu lekooporności. Dodatkowo obiecujące wyniki uzyskane przy łączeniu niektórych związków z lekami standardowo stosowanymi w terapii gruźlicy dają nadzieję na opracowanie skutecznych terapii skojarzonych. Oczywiście przed nami jeszcze długa droga i konieczne są dalsze badania. Najważniejsze jest to, aby sprawdzić, czy potencjał, który obserwujemy obecnie w laboratorium, uda się potwierdzić na kolejnych etapach – podsumowuje prof. Nazar Trotsko.

Autorzy patentu

Patent pn. „Pochodne kwasu (2,4-diokso-1,3-tiazolidyn-3-ylo)octowego, sposób ich wytwarzania oraz ich zastosowanie medyczne” jest efektem pracy zespołu badawczego w składzie:

• dr hab. n. med. i n. o zdr. Nazar Trotsko, profesor Uczelni
• dr Agnieszka Głogowska
• dr n. farm. Barbara Kaproń-Plech
• prof. dr hab. n. med. Ewa Augustynowicz-Kopeć