Polscy naukowcy sprawdzą polimerowe osłony leków w przestrzeni kosmicznej

Polscy naukowcy, a dokładnie naukowcy z Zabrza sprawdzą, czy leki z dodatkową osłoną, w postaci biodegradowalnego polimeru, będą trwalsze w warunkach braku grawitacji i podwyższonego promieniowania kosmicznego. Eksperyment zostanie zrealizowany podczas polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS. Start zaplanowano nie wcześniej niż na wiosnę 2025 r.

Polscy naukowcy i misja technologiczno-naukowa IGNIS

.„Chcemy sprawdzić, jak przechowywanie polimerowych, biodegradowalnych systemów uwalniania leków w warunkach panujących na orbicie będzie wpływać na ich czas przydatności. Jeżeli nie zostanie wydłużony, droga do ich wykorzystania w tej dziedzinie zamknie się. Jednak jest szansa, że ich potencjał będzie na tyle duży, że znajdą zastosowanie w trakcie przyszłych misji kosmicznych, które mogą trwać nawet latami” – powiedział w rozmowie z Nauką w Polsce dr inż. Jakub Włodarczyk z Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych (CMPW) PAN w Zabrzu.

„Według naszej wiedzy polimery biodegradowalne nie były dotąd wykorzystywane w tym zakresie. Nikt też nie badał czasu rozkładu tak zabezpieczonych leków na ziemskiej orbicie. To pierwszy tego typu eksperyment, a ilość danych, które możemy z niego wyciągnąć jest olbrzymia” – dodał badacz, który jest pomysłodawcą i koordynatorem eksperymentu.

Włodarczyk powiedział, że astronauci mają dostęp do najpotrzebniejszych leków. Jednak warunki panujące na orbicie – w szczególności podwyższony poziom promieniowania kosmicznego – negatywnie wpływają na ich strukturę i w efekcie te szybciej się rozkładają. Dlatego – kontynuował – jeśli ludzie myślą np. o lotach na Marsa, konieczne jest poszukiwanie nowych form dostarczania leków oraz ich ochrony.

„Naszą propozycją jest zabezpieczenie leku poprzez wprowadzenie go do wchłanialnego nośnika polimerowego, gdyż jak w swoich pracach wskazują inni polscy naukowcy, materiały zawierające w swojej strukturze lekkie atomy takie jak wodór, skuteczniej blokują promieniowanie kosmiczne” – tłumaczył chemik.

Poza tym, te systemy umożliwiają uwalnianie leku w sposób kontrolowany, czyli odpowiednio „zaprogramowany”, tak aby substancja lecznicza mogła być dawkowana przez określony czas.

Szczegóły dotyczące realizacji eksperymentu

.W samym eksperymencie astronauci nie biorą udziału. Ich zadaniem jest wyniesienie próbek na orbitę oraz rozlokowanie paczek w module badawczym Columbus na ISS. Jedna część zostanie umieszczona bezpośrednio w przestrzeni laboratorium, w temperaturze otoczenia, a druga w lodówce, w niższej temperaturze, która spowalnia procesy rozkładu, a obudowa dodatkowo chroni przed promieniowaniem. Ponadto, w CMPW PAN polscy naukowcy przeprowadzą równolegle eksperyment stanowiący punkt odniesienia dla wyników uzyskanych na orbicie.

Włodarczyk zapewnia, że zarówno same substancje, jak i cały proces przeprowadzenia badania są bezpieczne, co potwierdziły liczne analizy, m.in. toksykologiczne.

Polscy naukowcy do badań wybrali trzy polimery, znane i stosowane już w medycynie, które różnią się między sobą kilkoma właściwościami, z których najważniejsze są szybkość degradacji oraz krystaliczność. „Dzięki takiemu zróżnicowaniu sprawdzimy, które właściwości są pożądane, a które nie” – tłumaczył chemik.

Również same substancje lecznicze różnią się pod względem działania i struktury chemicznej. Są to leki z grupy leków przeciwbólowych, przeciwzapalnych, ale też antybiotyki, antydepresanty i lek stosowany przy naświetlaniach w terapii przeciwnowotworowej (ten ostatni wybrany w kontekście potencjalnej ochrony przed promieniowaniem kosmicznym).

Paczki będą zawierały trzy typy próbek: czystych leków (w postaci sprasowanych pastylek), samych matryc polimerowych i matryc z wprowadzonymi do nich lekami. „Jedna paczka to około 200 g, więc w sumie nasz ładunek będzie ważył zaledwie 1600-1700 g. Ma to duże znaczenie podczas misji kosmicznych, gdzie liczy się każdy załadowany gram” – opisał badacz.

Polscy naukowcy o eksperymencie, który może dostarczyć mnóstwo ciekawych informacji w dziedzinie chemii, jak i farmacji

.Eksperyment zaplanowano na trzy lata (w czasie których, mniej więcej co rok będą wracały na Ziemię dwie paczki: jedna z laboratorium i jedna z lodówki). „W naszej ocenie będzie to wystarczający czas, żeby oszacować, czy jest sens dalej zgłębiać tematów polimerów biodegradowalnych do takich zastosowań” – powiedział Włodarczyk.

„Pomimo swojej prostoty, nasz eksperyment może dostarczyć sporo naprawdę interesujących wyników, zarówno w dziedzinie chemii, jak i farmacji. Stawiamy pierwsze kroki w wykorzystaniu polimerów, którymi od lat się zajmujemy, w zupełnie nowej roli, jaką jest wspieranie zdrowia astronautów. Być może za kilka lat rezultaty, które uzyskamy przyczynią się do zwiększenia poczucia bezpieczeństwa ludzi, których odwaga pchnie do opuszczenia naszej „Bladej Niebieskiej Kropki” – podsumował Jakub Włodarczyk.

Zespół badawczy tworzy pięciu pracowników CMPW PAN z Zabrza. Oprócz Jakuba Włodarczyka, prace wykonywać będą: dr Mateusz Stojko, dr Monika Musiał-Kulik, dr hab. Katarzyna Jelonek oraz dr hab. Michał Sobota.

Eksperyment „Biodegradowalne systemy dostarczania leków w warunkach braku grawitacji” („Stability of Drugs”) zostanie przeprowadzony w ramach misji załogowej Axiom-4 (Ax-4). Jak podali badacze, działania nadzoruje Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) we współpracy z Polską Agencją Kosmiczną (POLSA) i Ministerstwem Rozwoju i Technologii (MRiT).

Nowe technologie w ochronie zdrowia 

.Na temat wykorzystywania nowych technologii w medycynie, takich jak sztuczna inteligencja, robotyka chirurgiczna czy też neuroprotetyka, na łamach „Wszystko Co Najważniejsze” pisze prof. Michał KLEIBER w tekście „Nowe technologie w ochronie zdrowia“. Autor zwraca również uwagę na fundamentalne znaczenie kwestii odpowiedniego finansowania publicznej opieki zdrowotnej.

„Wykorzystywanie sztucznej inteligencji (SI). SI w ochronie zdrowia oznacza wykorzystywanie zaawansowanego oprogramowania naśladującego poznawcze zdolności człowieka do analizy danych medycznych i sugerowanie na tej podstawie diagnozy i ewentualnych działań leczniczych. Innymi słowy, SI jest zdolnością komputerowych algorytmów do formułowania przydatnych dla lekarzy opinii w złożonych problemach medycznych. Zastosowania SI różnią się istotnie od tradycyjnych metod medycyny możliwością pozyskiwania wielkiej liczby informacji, ich przetwarzania i podejmowania na tej podstawie działań. Fundamentalną cechą stosowanych algorytmów jest ich zdolność do uczenia się na drodze rozpoznawania cech charakteryzujących przetwarzane dane i tworzenia na tej podstawie opinii na temat analizowanego problemu”.

„Ważnym efektem stosowania SI w ochronie zdrowia jest możliwość dostarczania analiz opisujących relacje między diagnozą i zastosowaną terapią a najbardziej prawdopodobnym rezultatem leczenia. Dysponujemy dzisiaj terabajtami danych pochodzących z badań klinicznych, szeroko rozumianej praktyki medycznej, firm ubezpieczeniowych oraz aptek, dotyczących wszelkich dręczących ludzi dolegliwości. Naukowcy i praktykujący lekarze korzystają oczywiście od zawsze z takich informacji, ale możliwości ich pełnej analizy przez najlepiej nawet przygotowanych badaczy są ze względu na ilość danych, ich złożoność i brak wypracowanej struktury z natury rzeczy bardzo ograniczone. W sukurs przychodzi właśnie sztuczna inteligencja” – pisze prof. Michał KLEIBER.

Era postantybiotykowa?

.Na temat zagrożenia uodpornienia się bakterii na obecne antybiotyki na łamach „Wszystko Co Najważniejsze” pisze Bartosz KABAŁA w tekście „Era postantybiotykowa – co nas czeka?„.

„W kwietniu tego roku w USA pojawiły się doniesienia o odkryciu w badaniu moczu pacjentki bakterii E. coli opornych na najsilniejsze antybiotyki, tzw. „last resort”. Wciąż pojawiają się kolejne informacje (szczególnie często z krajów rozwijających się: Indii, Brazylii, również z RPA i Chin) o pojawieniu się szczepów opornych na antybiotyki z grupy „last resort”. Teraz bakterie oporne na najsilniejsze antybiotyki pojawiają się też w krajach rozwiniętych, co jest bardzo złym prognostykiem”.

„Powód coraz większej oporności bakterii na antybiotyki jest dość prozaiczny. W całej populacji bakterii istnieją osobniki o różnym stopniu oporności na działanie antybiotyków. Ta nie jest cechą zero-jedynkową (jest albo jej nie ma). Dobrym przedstawieniem mechanizmu powstawania groźnych i opornych na antybiotyki szczepów bakterii jest poniższa grafika. Selekcją nazywa się tu podanie antybiotyku, po którym populacja bakterii wyraźnie się zmniejszyła, jednak pozostałe osobniki są wysoce oporne i to one poprzez podziały komórkowe odbudują populację. Zakładając, że wyższa dawka leku (przyjęcie pełnej kuracji) pozwoliłaby wyeliminować również bardziej oporne bakterie, antybiotyk nie musiałby być czynnikiem selekcyjnym. Jest to oczywiście dość uproszczone wyjaśnienie zjawiska, które jak to zwykle bywa w przyrodzie, zależy od wielu czynników i ma dość skomplikowany przebieg. Jednym z istotniejszych elementów całego procesu jest mała, kolista cząsteczka DNA, zwana plazmidem, która może być przekazywana pomiędzy bakteriami jednego gatunku, jak również międzygatunkowo. To właśnie w plazmidzie mogą być zawarte geny oporności antybiotykowej”.

Oczywiście wysoka oporność na konkretny antybiotyk nie oznacza od razu przeżycia osobnika w każdych warunkach i przy każdej dawce leku. Dlatego tak ważne jest, by przechodzić pełną kurację antybiotykową, od pierwszej do ostatniej pigułki, by zabić nawet te najbardziej oporne osobniki.

.Z drugiej strony —   nie zawsze antybiotyki są konieczne do wyleczenia pacjenta z infekcji. Często układ odpornościowy organizmu z pomocą zwykłych leków poradziłby sobie również z najbardziej opornymi bakteriami, co pozwoliłoby uniknąć wzrostu oporności na antybiotyk. Zbyt częste stosowanie antybiotyków to jedna z głównych przyczyn AMR. Według danych zawartych w raporcie agencji Centers for Disease Dynamics, Economic and Policy (CDDEP) z roku 2015, największy wzrost całkowitego użycia antybiotyków nastąpił w Indiach, gdzie w ciągu dziesięciu lat liczba kuracji antybiotykowych wzrosła aż o 50%, do 12 miliardów w 2010 roku. Nie jest tego w stanie zrównoważyć niewielki spadek ich stosowania w krajach rozwiniętych (w tym i w Polsce – pisze Bartosz KABAŁA.

PAP/ Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik/ WszystkocoNajważniejsze/ LW