W tej dziedzinie wciąż jest wiele do odkrycia - rozmowa z laureatką stypendium START 2023 Izabelą Stupką

Fundacja na rzecz Nauki Polskiej po raz 31. przyznała młodym naukowcom przed 30 r.ż. stypendia w ramach programu START. Jedną z laureatek jest Izabela Stupka. Przeczytaj rozmowę z Danutą Liberdą-Matyją, badaczką, która także otrzymała stypendium.

Rozmowa z Izabelą Stupką z nCage Therapeutics sp. z o.o., laureatką stypendium Fundacji na rzecz Nauki Polskiej START 2023.

- Prowadzi pani badania naukowe nad projektowaniem i wykorzystywaniem klatek białkowych w biomedycynie. Pani pracę naukowa doceniła kapituła Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Na czym polegają pani badania?  

W mojej pracy naukowej do tworzenia sztucznych klatek białkowych wykorzystuję białko TRAP. W naturze jest to białko, pełniące ważną rolę w metabolizmie bakterii z rodzaju Bacillus, które swoją budową przypomina pierścień albo inaczej pączka z dziurką, składające się z 11 identycznych podjednostek. Badania przeprowadzone kilka lat temu dowiodły, że po jego odpowiedniej modyfikacji (podmianie jednego aminokwasu na inny – cysteinę, w każdej z podjednostek) oraz po zmieszaniu ze związkami złota, białko TRAP zaczyna samoorganizować się w zamkniętą, pustą w środku strukturę, czyli tzw. klatkę białkową złożoną z 24 pierścieni. Dalsze badania doprowadziły do poznania właściwości klatki, która jak się okazało, jest bardzo stabilna (może przetrwać kilkugodzinne gotowanie co jest niespotykane w świecie białek), ale jednocześnie może rozpadać się po jej zmieszaniu ze związkami wychwytującymi jony złota, dzięki którym klatka zachowuje swoją strukturę. Takie związki występują naturalnie w komórkowej cytoplazmie, dzięki czemu klatka TRAP ma potencjał do jej wykorzystania w przyszłości jako nośnik leków, który po przedostaniu się do wnętrza komórki uwolni swoją zawartość. Wyniki tych badań zostały opublikowane przez nasz zespół badawczy pod kierownictwem Prof. Jonathana Heddle’a w czasopiśmie Nature w 2019 roku. W mojej pracy doktorskiej skupiałam się głównie na opracowaniu nowych metod tworzenia klatek TRAP zastępując jony złota łączące podjednostki, innymi związkami chemicznymi, dzięki czemu udało mi się stworzyć klatki rozpadające się pod wpływem czynników nie tylko chemicznych, ale i fizycznych, takich jak np. światło. Poza tym zajmuję się również opracowywaniem metod zamykania białek we wnętrzu klatek, w tym o potencjale terapeutycznym.

- Komu przysłużą się wyniki tych badań? 

W przyszłości klatki TRAP mogłyby znaleźć zastosowanie jako wspomniana już platforma do specyficznego dostarczania leków. Standardem większości terapii antynowotworowych jest chemioterapia, która działa nie tylko na komórki nowotworowe, ale uszkadza również dzielące się komórki zdrowe, wywołując szereg niepożądanych skutków ubocznych i osłabiając cały organizm. Coraz większe znaczenie ma zastosowanie przeciwciał monoklonalnych, które specyficznie oddziałują z receptorami na komórkach nowotworowych, oszczędzając komórki zdrowe. Możemy sobie wyobrazić, że w środku klatki TRAP zamkniemy toksyczne białko lub chemioterapeutyk, a na jej powierzchni dołączymy molekuły, które będą specyficznie oddziaływać z komórkami nowotworowymi. Klatka TRAP będzie wówczas chronić zdrowe komórki przed działaniem toksyny, a gdy przedostanie się do wnętrza komórki nowotworowej, pod wpływem odpowiednich czynników uwolni swoją zawartość doprowadzając do jej śmierci. Podsumowując, klatka TRAP ma potencjał do jej wykorzystania jako nośnik leków antynowotworowych, jak i również takich molekuł terapeutycznych, które szybko degradują w organizmie i to one wymagają dodatkowej ochrony, aby mogły spełnić swoje funkcje w miejscu przeznaczenia.

- Jaki będzie dalszy etap pani badań?  

W kolejnych etapach mojej pracy badawczej chciałabym skupić się na testowaniu działania klatek TRAP, w których został zamknięty lek biologiczny na hodowlach komórkowych, a następnie w modelach zwierzęcych. Badania nad klatkami TRAP doprowadziły do powstania firmy nCage Therapeutics, gdzie aktualnie rozwijam naszą technologię właśnie w kierunku aplikacyjnym. Bardzo ciekawym aspektem jest również zastosowanie klatek białkowych jako platform do tworzenia szczepionek nowej generacji, co jest również przedmiotem moich zainteresowań badawczych.

- Dlaczego zainteresowała się pani akurat tym zagadnieniem?

Ten obszar badań przyciągnął moją uwagę ze względu na duży potencjał aplikacyjny klatek białkowych oraz multidyscyplinarność dziedziny, jaką jest bionanotechnologia. Praca nad klatkami białkowymi łączy zagadnienia z dziedzin takich jak: inżynieria białek, biochemia, biofizyka, a nawet matematyka. Projektując klatki białkowe wprowadzamy modyfikacje w białku zmieniając jego pojedyncze aminokwasy, co często diametralnie zmienia jego właściwości. Próbujemy więc kontrolować właściwości klatek w skali „nano”, aby w przyszłości osiągnąć dany rezultat o potencjalnym znaczeniu medycznym. Zastosowanie i projektowanie sztucznych klatek białkowych, niewystępujących naturalnie w przyrodzie jest dziedziną bardzo młodą i szybko rozwijającą się co sprawia, że nadal jest w niej wiele do odkrycia. 

- Jakie ma pani naukowe marzenia?

Myślę, że bardzo ważne jest dla mnie to, aby moja praca przełożyła się w przyszłości na pozytywny rozwój terapii stosowanych w klinice, a wyniki moich badań dawały podwaliny do dalszego rozwoju bionanotechnologii.