Odpowiednie aminokwasy mogą poprawić skuteczność terapii trudnodostępnych nowotworów

W badaniu, którego wyniki właśnie opublikowano w czasopiśmie „Molecules” naukowczynie wykazały, że poddanie komórek nowotworowych niedrobnokomórkowego raka płuc działaniu odpowiednio dobranych aminokwasów może zwiększać skuteczność radioterapii opartej na miejscowej emisji promieniowania alfa przez bor aktywowany neutronami. Tak zwana terapia BNCT jest stosowana głównie w przypadku leczenia narządów szczególnie wrażliwych, np. mózgu. Pierwszą autorką pracy jest doktorantka studiów RadFarm prowadzonych w NCBJ.

Terapia borowo-neutronowa (BNCT) to rodzaj radioterapii wykorzystujący cząsteczki zawierające bor do zniszczenia komórek nowotworowych. Bor jest pierwiastkiem chemicznym, którego określone związki mają skłonność do gromadzenia się w komórkach nowotworowych. Kiedy jądra boru izotopu B-10 zostają wystawione na działanie neutronów o odpowiednich energiach, pochłaniają je, a następnie rozszczepiają się, emitując m.in. promieniowanie alfa. Promieniowanie to jest krótkozasięgowe i w pobliżu miejsca emisji uszkadza DNA komórek nowotworowych, powodując ich śmierć. Terapia BNCT jest stosowana w leczeniu różnych rodzajów nowotworów, w tym raka mózgu, raka tarczycy i raka skóry. Pomimo, że BNCT jest nadal w fazie badań klinicznych, to już wykazano, że jest to terapia szczególnie skuteczna w leczeniu nowotworów, które są trudne do leczenia innymi metodami, takimi jak radioterapia z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego lub chemioterapia. Prace nad rozwojem terapii BNCT prowadzone są w wielu ośrodkach naukowych, w tym w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).

Ideą badań grupy polskich naukowczyń z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Uniwersytetu Warszawskiego i NCBJ, było sprawdzenie, czy wcześniejsze podanie komórkom chorym i zdrowym odpowiednio dobranych aminokwasów może zwiększyć wchłanianie aminokwasowego związku boru przez te pierwsze, jednocześnie nie zmieniając przyswajalności boru w komórkach zdrowych. Taki efekt byłby bardzo korzystny, gdyż im więcej boru – a w efekcie im więcej emisji promieniowania alfa – w komórkach chorych w stosunku do komórek zdrowych, tym bezpieczniejsza i skuteczniejsza może być terapia.

Pierwszą autorką pracy opublikowanej 10 września w prestiżowym czasopiśmie „Molecules” jest mgr Emila Balcer, doktorantka studiów RadFarm prowadzonych w NCBJ. „W badaniu in vitro wykorzystaliśmy dwa rodzaje komórek: ludzkie komórki niedrobnokomórkowego raka płuc, A549, oraz prawidłowe fibroblasty płuc pochodzące od chomika chińskiego, V79–4” – wyjaśnia badaczka, która wniosła zasadniczy wkład do wszystkich etapów badań poczynając od ich koncepcji, a obecnie przygotowuje się do obrony pracy doktorskiej w oparciu o uzyskane wyniki. „Komórki najpierw były narażane na L-fenyloalaninę lub L-tyrozynę. Po godzinie były eksponowane na 4-borono-L-fenyloalaninę (BPA), która jest związkiem zawierającym bor stosowanym w badaniach klinicznych nad BNCT. Badanie zawartości boru w komórkach poddanych działaniu aminokwasów i w komórkach referencyjnych przeprowadziłyśmy metodą analityczną wykorzystującą spektrometrię mas sprzężoną z plazmą wzbudzaną indukcyjnie, ICP-MS, oraz ICP-MS z modułem pozwalającym na analizę pierwiastków w pojedynczych komórkach (SC-ICP-MS), które są dostępne w Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego.”

Uzyskane wyniki są bardzo istotne. Sugerują one, że wstępne podanie L-tyrozyny może zwiększyć pobieranie BPA w komórkach nowotworowych, ale również zdrowych. Jednocześnie okazało się, że L-fenyloalanina zwiększa pobieranie BPA w komórkach zdrowych. „Nasze wyniki są sygnałem, że istnieje wpływ L-aminokwasów na pobieranie BPA w komórkach zarówno nowotworowych, jak i prawidłowych. Opracowana przez nas metoda analityczna może pomóc w lepszym zrozumieniu mechanizmów działania związków boru oraz w stworzeniu bardziej skutecznych strategii terapeutycznych, jednak konieczne są dalsze badania w celu potwierdzenia tych wyników i bardziej szczegółowej charakteryzacji działających tu mechanizmów” – podsumowuje mgr Emilia Balcer.

Informacje uzupełniające:

1. Program interdyscyplinarnych studiów doktoranckich RadFarm został stworzony w oparciu o dokument MNiSW „Opracowanie programów studiów doktoranckich o zróżnicowanych profilach”. Zyskał finasowanie jako projekt w ramach konkursu NCBiR POWER.(POWR.03.02.00–00-I009/17-00; Radiopharmaceuticals for molecularly targeted diagnosis and therapy, RadFarm). W realizacji projektu uczestniczą Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawski Uniwersytet Medyczny oraz Uniwersytet Warszawski.
2. W badaniach wykorzystano spektrometry masowe: NexION 300D (ICP-MS) zainstalowany w Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych UW i NexION 2000 (SC-ICP-MS) w ramach współpracy z firmą Pro-Environment Polska Sp. z o.o.
3. W Narodowym Centrum Badań Jądrowych od kilku lat przygotowywane jest stanowisko do prowadzenia badań nad BNCT. W reaktorze MARIA przy kanale poziomym H2 realizowane są obecnie końcowe prace po zakończeniu których już w przyszłym roku możliwe będzie napromienianie próbek (także biologicznych) wiązką neutronów termicznych pochodzących z rdzenia badawczego reaktora jądrowego w Świerku. Dzięki konwerterowi neutronów, do dyspozycji naukowców będzie wiązka neutronów epitermicznych o widmie energetycznym zbliżonym do tego stosowanego w centrach terapii BNCT. Pozwoli to na prowadzenie prac związanych z metodami charakterystyki wiązek dla terapii neutronowych, dozymetrią, chemią boru czy radiobiologią.
   Więcej na https://old.ncbj.gov.pl/optymalizacja-wiazki-neutronowej-do-badan-terapi...

Oryginalna publikacja:

Investigation of the Impact of L-Phenylalanine and L-Tyrosine Pre-Treatment on the Uptake of 4-Borono-L-Phenylalanine in Cancerous and Normal Cells Using an Analytical Approach Based on SC-ICP-MS,
Emila Balcer i inni,
Molecules 2023, 28(18), 6552; https://doi.org/10.3390/molecules28186552

Animacja - Jak działa terapia BNCT: