Porożogenne komórki macierzyste przyszłością medycyny regeneracyjnej

64 mln złotych, okres 29 miesięcy – największy w Polsce kredyt zaufania przyznany konsorcjum Biocervin. W tym przypadku niemożliwe stało się wykonalne, a ów sukces jest dziełem wyłącznie dwóch twórców.

Mowa o projekcie dotyczącym „Opracowania prototypów wyrobów medycznych na bazie surowców otrzymywanych z porożogennych komórek macierzystych”, który był przełomowy zarówno dla kadry Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu jak i spółki Stem Cells Spin, lidera przedsięwzięcia. Dofinansowanie przyznane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach przedsięwzięcia pilotażowego – „Wsparcie badań naukowych i prac rozwojowych w skali demonstracyjnej (Demonstrator+)” oraz ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka – było największym przekazanym przez tę instytucję w 2013 roku.

– Takiego grantu faktycznie nie było nigdy w Polsce. Pozytywna decyzja była zatem ryzykowna – sygnalizuje prof. dr hab. dr h.c. Józef Nicpoń, koordynator naukowy projektu. – Wybór Uniwersytetu Przyrodniczego jako członka konsorcjum, umożliwił jednakże poszerzenie horyzontów projektu o takie, których na pewno nie udałoby się opracować we współpracy na przykład z uczelnią medyczną. Wszystkie badania przeprowadzone na zwierzętach wymagały zgody komisji etycznej – co byłoby skomplikowane w przypadku podmiotów pokrewnej specjalizacji. Pragnę zaznaczyć, że podczas wszystkich przeprowadzonych działań nie ucierpiało żadne ze zwierząt – dodaje.

– Nauka nie stoi w miejscu, nauka bardzo szybko się rozwija. Postępy, zarówno w dziedzinie badań naukowych, jak i wdrożeniu wyników tych badań do przemysłu są rzeczywiście widocznie i imponujące. Nieustannie poszukujemy optymalnych metod współpracy, które w sposób jak najbardziej realny zaimplementują osiągnięcia naukowe z uczelni do gospodarki. Tego przełożenia do tej pory nie było – podkreśla z kolei prof. dr hab. Marek Cegielski, wiceprezes zarządu Stem Cells Spin S.A., koordynator naukowy projektu ze strony spółki. – Czy udało się nam wypracować odpowiednią płaszczyznę współpracy? Myślę, że tak. Już sama geneza projektu była obiecująca. Bowiem produkty powstałe na bazie komórek macierzystych z poroża jelenia szlachetnego wprowadziliśmy do kosmetologii jeszcze przed realizacją przedsięwzięcia. Zarejestrowano surowiec kosmetyczny, który pozwolił na wyprodukowanie linii kosmetyków Revitacell, cieszącej się do tej pory znaczącym powodzeniem. Środki pozyskane ze sprzedaży pozwoliły na zdobycie częściowych funduszy oraz aplikację do programu Demonsrtator+ i wspólną kontynuację badań naukowych nad komórkami macierzystymi – tłumaczy wiceprezes.

Stworzono w ten sposób cztery prototypy wyrobów medycznych, które w przyszłości znajdą zastosowanie i będą komercjalizowane.

Spółka Stem Cells Spin za sprawą konsorcjum Biocervin z Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu, w bardzo krótkim czasie, poszerzyła o farmakologię dotychczasowy profil działalności związany wyłącznie z kosmetologią. – Transfer z kosmetologii do farmacji, do wyrobów medycznych, a w przyszłości też do leków, jest rzeczą szalenie trudną. Wiąże się to, przede wszystkim, z nakładem ogromnej pracy, w znaczącej części dokumentacyjnej. Musimy spełniać odpowiednie standardy oraz rygorystyczne wymogi farmacji, co wpływa na długotrwałość tych procesów – wyjaśnia prof. Cegielski. Jednak korzyści wynikające z realizacji programu są obustronne. Uczelnia w większości skonsumowała środki finansowe, które przeznaczono głównie na doposażenie i wykonanie specjalistycznych badań. Zakupioną aparaturę stanowił nowoczesny sprzęt, który umożliwił zastosowanie odpowiedniej metodyki. Natomiast standardy współpracy, które osiągnięto pomiędzy prywatną spółką, a uniwersytetem, z pewnością zaprocentują w przyszłości. Nawiązano kontakty z wiodącymi przedsiębiorstwami w Polsce z dziedziny biotechnologii, takimi jak Selvita z Krakowa, Blirt z Gdańska oraz Pure Biologics z Wrocławia. W niezwykle krótkim czasie osiągnięto nową kulturę badań i wypracowano procedury postępowań, które konsolidują możliwości uczelni jak i firmy prywatnej. Stanowi to niewymierny efekt współpracy, który poskutkuje w dalszej perspektywie.

Instytucja finansująca zobligowała realizatorów projektu do stworzenia tzw. linii demonstracyjnej. Jest to formalna nazwa, praktycznie rzecz ujmując, warsztatu pracy, umożliwiającego projektowanie zupełnie nowych wyrobów medycznych. Stanowi ją zespół laboratoriów obwarowanych standardami ISO, w których powietrze jest filtrowanie, ma odpowiednią temperaturę i wilgotność. W skład kompleksu wchodzą pomieszczenia typu cleanroom, zorganizowane w celu zapewnienia hermetycznego środowiska pracy. Innowacyjne technologie wykorzystane w procesie projektowania laboratoriów zatrzymują aż 99,97 proc. biologicznych i mechanicznych zanieczyszczeń. Ponadto wszystkie przyrządy muszą być w należyty sposób wyskalowane i spełniać szereg norm.

– Można powiedzieć, iż linia demonstracyjna stała się fabryką komórek. Komórki porożogenne są komórkami macierzystymi, które dzielą się w bardzo szybkim tempie. To jest ich wyróżniająca cecha i niepodważalna zaleta. Dlaczego tak się dzieje? Poroże w ciągu doby, w najszybszym okresie rozwoju, rośnie o ok. 1,5 cm. Tak więc potencjał jego komórek macierzystych jest ogromny – pozwalają na znaczące przyrosty dobowe – tłumaczy prof. Cegielski. – Udowodniliśmy, iż komórki macierzyste w rosnącym porożu jelenia szlachetnego przemieszczają się od kości czołowej do wierzchołka. W fazie wzrostu zawiera ono wszystkie rodzaje tkanek. Fenomenem poroża jest zarówno fakt związany z jego szybkim wzrostem a także jego cykliczna, co półroczna, odnawialność. Wyjaśniając swoistość podjętych przez nas badań należy zobrazować temat nieco szerzej. Komórki macierzyste, inaczej zwane komórkami pnia, są komórkami pierwotnymi – to pierwsze 4 totipontencjalne komórki, które powstają w zygocie. Istnieją zatem komórki macierzyste embrionalne, czyli te w trakcie rozwoju zarodkowego oraz komórki macierzyste dojrzałe, czyli te znajdujące się w ciele człowieka po urodzeniu. Wśród komórek macierzystych dojrzałych wyodrębnić można tzw. komórki mezenchymalne, do których zaliczamy również komórki macierzyste z poroża jelenia szlachetnego – informuje profesor.

Powszechnie stosowane izolowane komórki tkanki tłuszczowej bądź komórki szpiku kostnego również są pochodzenia mezenchymalnego. Są niedojrzałe i mogą stanowić budulec różnego rodzaju tkanki. W ten sposób z komórek macierzystych tkanki chrzęstnej powstaje chrząstka, z tkanki kostnej powstaje kość czy też z tkanki mięśniowej, z komórek satelitarnych, powstają mięśnie. Za ich sprawą elementy zużywającego się organizmu zostają zregenerowane – stąd też upatrywanie nowego kierunku możliwości wykorzystania komórek macierzystych w medycynie regeneracyjnej.

Faktem jest, iż tradycyjna terapia komórkowa zakłada wykorzystanie w leczeniu różnego rodzaju schorzeń żywych autologicznych komórek macierzystych pacjenta. Zasadnicze wątpliwości budziła więc możliwość implementacji obcogatunkowych komórek w medycynie ludzkiej. Badania, które przeprowadzono udowodniły, że komórki macierzyste, które nie są dojrzałe nie są również antygenowo zróżnicowane. W ten sposób przeszczep komórek macierzystych w niewielkiej ilości nie powoduje odczynu autoimmunologicznego. Po kilku dniach, w nowej adaptacji, giną, jednakże do tego momentu, wydzielając czynniki wzrostu, pobudzają daną tkankę do regeneracji. Szczególnie popularne zastosowanie autologicznych własnych komórek ma miejsce w ortopedii. Problem jednakże leży u podłoża wyhodowania odpowiedniej ilości komórek. Myśląc globalnie należy wziąć pod uwagę stworzenie fabryki komórek macierzystych wykorzystanych na szerszą skalę. – Naszym zamysłem była hodowla komórek macierzystych z których produkujemy surowiec. Zawiera on czynniki wzrostu czyli małe białka, którymi posługują się komórki macierzyste, przesyłając sygnały do prolifercji, czyli namnażania się zużytych komórek – podkreśla prof. Cegielski, precyzując dalej. – Cząsteczki sygnalizacyjne, które produkują komórki macierzyste, staraliśmy się wykorzystać w zupełnie inny sposób. Nie stosujemy klasycznej terapii komórkowej przeszczepiając komórki macierzyste, a produkujemy surowiec. Dodany w odpowiedni sposób w kosmetyk czy wyrób medyczny spowoduje, iż zużyte komórki np. rany skórnej czy oparzenia, dostaną sygnał do szybkiego wzrostu i regeneracji.

Po raz pierwszy komórki macierzyste z poroża jelenia szlachetnego pobrane zostały we wrocławskim ogrodzie zoologicznym podczas tzw. zabiegów pielęgnacyjnych. Posłużyły one do wyprowadzenia pierwotnej linii komórek macierzystych. Raz pobrane elementy rosnącego poroża generują wzrost komórek przez okres 10 lat.

Prototypy wyrobów medycznych, opracowanych w toku realizacji badań, to opatrunek medyczny po przeszczepach (wspomaga regenerację i gojenie – Frustum Spray), żel do stosowania na rany i skórę (CrustoMed), żel wspomagający regenerację rogówki (OpthaMed) oraz żel na zmiany chorobowe błony śluzowej jamy ustnej (MucosaMed). Powyższe produkty nie znalazły się jeszcze na półkach aptecznych, przechodzą obecnie proces rejestracyjny. Jednakże najważniejszy osiągnięty przez nas cel to wspomniane już stworzenie linii demonstracyjnej, na bazie której zorganizowano schemat od pobrania i wyprowadzenia linii komórek macierzystych do momentu oczyszczenia homogenatu, ustalenia odpowiednich stężeń, zbadania zawartości i wykonania tzw. pochodnej. Jest to wystandaryzowany homogenat stosowany w wyrobach medycznych – w określonych ilościach i stężeniu, wprowadzany do leków. Zaprezentowana myśl technologiczna stanowi przedmiot licencji, z możliwością wykupienia jej przez zainteresowanych przedsiębiorców. Na jej podstawie umożliwiona zostanie konstrukcja zupełnie nowych biomedycznych rozwiązań.

Warto podkreślić, iż preparaty uzyskane na bazie surowców z rosnącego poroża jelenia szlachetnego są dostępne w aptekach Rosji i Ukrainy, czynniki ich wzrostu znane są również w Stanach Zjednoczonych. W Unii Europejskiej produkty te są nieobecne. Walory wyciągów z poroża znane są od blisko 2000 lat. Zarówno wtedy, jak i obecnie istnieją podobne zastosowania medyczne – środki stosowane w reumatoidalnym zapaleniu stawów, w akupunkturze, w przeziębieniach, w impotencji oraz w różnego rodzaju schorzeniach związanych z bólem pleców. Na obszarach, na których medycyna rozwinęła się w mniejszym stopniu, środki te cieszą się nadal olbrzymią popularnością. Surowiec pozyskany z poroża jelenia szlachetnego jest więc preparatem sprawdzonym zarówno pod względem właściwości, jak i zastosowania, co świadczy o jego całkowitym bezpieczeństwie. Preparaty są naturalne, nie syntetyzowane w laboratoriach. – W trakcie przeprowadzonych zadań dowiedliśmy, iż homogenat zarówno w chorobach serca, nerek, błony śluzowej żołądka, przy zastosowaniu na skórę czy rogówkę, nie powoduje działań ubocznych – akcentuje prof. Cegielski.

Jedne z najistotniejszych zadań prowadzonych w toku realizacji projektu dotyczyły oceny możliwości wykorzystania homogenatu porożogennych komórek macierzystych w regeneracji rdzenia kręgowego, a także stworzenia prototypu wyrobu medycznego na regenerację rogówki oka. Działania prowadzane były na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu pod kierownictwem dr. n. wet. Marcina Wrzoska oraz prof. dr. hab. Zdzisława Kiełbowicza.

– Moją specjalizacją jest neurologia zwierząt, dlatego też powierzone mi zadanie polegało na ocenie homogenatu uzyskanego z komórek poroża jeleni w wykorzystaniu do ewentualnej regeneracji rdzenia kręgowego na modelu trzody chlewnej – zaznacza dr Wrzosek. – Badania były złożone, istotnym czynnikiem stało się obrazowanie z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego. Analizę histopatologiczną przeprowadzono przez najlepszego standardu naukowców w zakresie neurobiologii w Polsce z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Uzyskane wyniki są niezwykle obiecujące, gdyż w jednej z grup, w badaniu histopatologicznym, widoczny okazał się wyraźny spadek ilości czynników degeneracyjnych rdzenia kręgowego w postaci wakuolizacji tego rdzenia – mówi.

Dalsze działania kierowane będą w stronę identyfikacji poszczególnych substancji, a także wyosobnieniu tej, która bezpośrednio wypłynęła na pozytywny wynik doświadczenia.

– Badania powinny być kontynuowane. Istnieje szansa, iż okaże się, że umożliwi to stworzenie nie tylko czynnika, który wpłynie na regenerację rdzenia kręgowego, ale również zapobiegnie dalszemu, wtórnemu pourazowemu uszkodzeniu tego rdzenia, gdy zostanie podany bezpośrednio po urazie – przewiduje dr Wrzosek.

Obecnie prowadzone są kolejne badania dotyczące analizy szczegółowej zapisów elektroencefalograficznych związanych z padaczką oraz wolumetrycznej analizy obrazów rezonansu magnetycznego – Badania te mogą mieć zastosowanie w medycynie człowieka. Okazuje się bowiem, iż przykładowy model padaczki psiej jest porównywalny z padaczką obserwowaną u ludzi. Prowadzimy również dalszą diagnostykę chorób rdzenia kręgowego, a także analizę degeneracji oraz regeneracji szlaków rdzeniowych po uszkodzeniach typu dyskopatia, zapalenia, nowotwory – podkreśla doktor.

Prof. Kiełbowicz zwraca uwagę, iż w toku prowadzonych badań uzyskano bardzo korzystne efekty związane z przyspieszeniem okresu regeneracji uszkodzonych rogówek. – Ma to niebagatelne znaczenie dla medycyny. Proszę pamiętać, że nie można bezpośrednio transponować wyników na materiały doświadczalne na ludziach. Ale tym niemniej fakt ten rzutuje na sposobność uruchomienia finansów związanych z bardzo precyzyjnymi badaniami, dotyczącymi możliwości dopuszczenia opracowanych leków bądź preparatów do medycyny człowieka – zaznacza.

Substancje biogenne wyekstrahowane z całej masy komórek macierzystych zaowocowały uzyskaniem lepszych efektów niż w przypadku zastosowania samych komórek macierzystych bądź homogenatu z komórek macierzystych.

Badania realizowano w 28 różnych zadaniach. Część naukową kierowaną przez Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu stanowiły badania podstawowe i badania przemysłowe. Prace wykraczające poza kompetencje kadry uniwersytetu zostały zlecone i nadzorowane przez specjalistyczne jednostki wyłonione na zasadzie przetargu. Składały się na nie badania farmakologiczne (zarówno farmakodynamiczne jak i bezpieczeństwa farmakologicznego) oraz szeroki zakres badań toksykologicznych łącznie z badaniami działania kancerogennego oraz odpowiedzi immunologicznej oraz immunotoksyczności. Aktualnie trwają końcowe rozliczenia przedsięwzięcia.
– Gotowe są już wszystkie sprawozdania dotyczące realizacji projektu. Przeprowadzono część audytów, nota bene, bardzo dobrze ocenionych. Podsumowanie prac badawczych miało miejsce na konferencji 4-5 marca, która odbyła się pod patronatem Marszałka Województwa Dolnośląskiego – reasumuje prof. Nicpoń.

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu jest jedną z wiodących specjalistycznych uczelni w kraju. To bezsprzeczny lider działań innowacyjnych, plasuje się w czołówce pod względem uzyskanych patentów. Prorektor ds. Nauki i Innowacji, prof. dr hab. inż. Tadeusz Trziszka wyraża przekonanie, iż z racji ilości uzyskanych patentów najlepszym rozwiązaniem jest pogrupowanie ich na konkretne obszary, takie jak, biotechnologia, technologia żywności, inżynieria środowiska, chemia itd. – Zapewne na tle realizowanych na uniwersytecie projektów wyróżnia się przedsięwzięcie pod kierownictwem dr Lejcusia. Dotyczyło ono wspomagania wegetacji roślin – mówi prorektor. – Uzyskany na jego bazie patent chroniony jest w 18 krajach Europy, uznany za najlepszy wynalazek z zagranicy na XXV Międzynarodowej Wystawie Inwencji, Innowacji i Technologii w Kuala Lumpur – podkreśla.

Prorektor zwraca uwagę również na fakt, jak ważnym segmentem działalności uczelni jest ekstrakcja biosubstancji z różnych naturalnych źródeł rolniczego pochodzenia, zarówno roślinnego jak i zwierzęcego. Zainteresowania badawcze tematem nie są przypadkowe. Poza olbrzymią perspektywą wdrożeniową cechuje je nadzwyczajna efektywność. – Nad projektem mojego autorstwa, o nazwie OVOCURA, zrealizowanego w ramach programu Innowacyjna Gospodarka, pracowało ponad 230 osób i opracowano około 30 patentów. W najbliższej przyszłości powinny one stanowić zastosowanie dla rewitalizacji zdrowia, odnowy biologicznej, a dalej do poprawy zdrowia publicznego. Nasze know-how wykorzystujemy w kierunku żywności i zdrowia. Zdajemy sobie sprawę, iż w zdrowym społeczeństwie znacząco wzrasta jakość życia. Wiemy, jak ważne są osiągnięcia naukowe i biznesowe w powyższych dziedzinach. Mówiąc kolokwialnie, zaprzęgamy biologię dla jakości życia ludzkiego. Wydaje mi się, iż Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu jest szczególnie do tego predestynowany – podkreśla prof. Tadeusz Trziszka.

Nie sposób pominąć istotę znaczenia, jakie w ostatnich latach nabrała widoczna orientacja uniwersytetu na współpracę z medycyną. – Najbardziej zaniedbane programy dotyczą profilaktyki, która jest wielokrotnie tańsza od leczenia. Profilaktyka to przede wszystkim żywność, a więc produkty pochodzenia naturalnego, jak ziołowe ekstrakty czy ekstrakty z roślin, jaj, siary. Mamy pełną wiedzę dotyczącą ich możliwości, nawet w przypadkach w których farmaceutyki są bezsilne. Za doskonały przykład mogą posłużyć choroby otępienne mózgu, w tym choroba alzheimera. Do walki z nią dostępne obecnie środki są wyłącznie pochodzenia naturalnego. Ponadto ekstrakty z aronii świetnie działają przeciwko chorobom serca, ekstrakt fosfolipidowy z żółtka jaja kurzego przeciwdziała chorobom związanym z nadciśnieniem tętniczym oraz wpływa na usprawnienie funkcji mózgu i serca – wyjaśnia prorektor. – Niestety, naturalne środki odchodzą w zapomnienie na rzecz chemii farmaceutycznej (syntetyków), czym jest faszerowane współczesne społeczeństwo – boleje nad tym faktem prorektor.

Działania uniwersytetu są skoncentrowane na poszukiwaniu biosubstancji znajdujących się w środowisku – Szukamy substancji ukierunkowanych na profilaktykę zdrowotną. Organizm niechętnie przyjmuje syntetyki. Faktem jest, iż nie sposób ich zupełnie wykluczyć – niemożliwe stałoby się wówczas leczenie wielu chorób inwazyjnych. Warto jednak podkreślić, w jak wielu przypadkach natura przychodzi nam z pomocą – podkreśla profesor.

Kierując się tą dewizą, uczelnia w najbliższym czasie, podejmie się realizacji przełomowego przedsięwzięcia gospodarczo-naukowego dążącego do zaprojektowania własnego rynku surowców oraz przetwórstwa surowców, jak i stworzenia kompleksów czerpiących z tych dóbr – sanatoriów oraz placówek zdrowia publicznego. Stanowiły one będą regionalną infrastrukturę innowacji i rozwoju. Zapoczątkowana w ten sposób synergia zdrowia z żywnością zapewni możliwość spożytkowania rodzimych zasobów intelektualnych oraz materiałowych. Już niebawem staniemy się zatem świadkami powstania polskiej „Zielonej Doliny”, z centrum osadzonym w samym Wrocławiu.