Pryzmat - Wiadomości PWr

Czy nanocząstki złota pozwolą nam niszczyć komórki nowotworowe w organizmie i jak wygląda badanie ich właściwości, o tym porozmawialiśmy z dr Joanną Olesiak-Bańską z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej

Dr Joanna Olesiak-Bańska jest tegoroczną laureatką programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Znalazła się także w gronie osób, którym fundacja przyznała specjalne wyróżnienia jako kandydatom najwyżej ocenionym w konkursie ze względu na wyjątkowo wysoką jakość dorobku naukowego, którą recenzenci konkursu uznali za wybitną.

Nagrodą dla badaczki z Politechniki Wrocławskiej było 36 tys. zł, które dr Olesiak-Bańska może przeznaczyć na dowolny cel. Pod koniec roku powinna jedynie przedstawić raport z badań, które aktualnie prowadzi.

​

Dr Joanna Olesiak-Bańska: - Wykazują szereg bardzo ciekawych właściwości, np. mogą świecić i wpływają na inne cząsteczki znajdujące się w ich pobliżu. Ja badam je pod kątem zastosowania w terapii i diagnostyce. Do tej pory zajmowałam się głównie nanocząstkami w formie nanokulek, nanoprętów i nanopowłok. Umieszczałam je w matrycy DNA i sprawdzałam pod mikroskopem, jakie efekty będą widoczne, jeśli poświecimy na taką cząstkę laserem. Obserwowałam np., czy nanocząstki złota porządkują się w jakiś sposób, czy w ogóle nie chcą się mieszać z materiałem biologicznym.

Druga część moich badań wiązała się z tym, że nanocząstki pod wpływem światła ulegają nagrzaniu, a to ciepło jest transportowane do ich otoczenia i w ten sposób może je modyfikować. Ze względu na tę właściwość w wielu ośrodkach na świecie prowadzone są badania pod kątem możliwości zastosowania nanocząstek w terapii fototermicznej. Oznacza to, że sprawdza się, czy w przypadku umieszczenia nanocząstki np. w guzie i jej naświetleniu spowoduje ona podgrzanie i zniszczenie komórek rakowych.

A na czym konkretnie polegały pani badania?

Nie pracuję na żywych komórkach, ale na wyizolowanym DNA ryby. Do tej pory sprawdzałam, jak będzie się zachowywało DNA w otoczeniu nagrzanej nanocząstki. Stosowałam nanopręty, czyli podłużne nanocząstki i zaobserwowałam np., że jeśli poświeciłam światłem spolaryzowanym na takie, które były ułożone w różnych kierunkach, to te ułożone równolegle ogrzewały się, podczas gdy pozostałe jedynie w minimalnym stopniu. Lokalnie DNA ulegało stopieniu, a nanopręt uciekał powyżej lub poniżej płaszczyzny, na którą świeciliśmy.

Czym ogrzewa się taką nanocząstkę?

Laserem femtosekundowym, czyli generującym impulsy światła o czasie trwania od kilku do kilkudziesięciu femtosekund (jedna femtosekunda to 10^-15 sekund). Tylko taki laser pozwala wzbudzić efekty nieliniowe i pozwala precyzyjnie wybrać nanocząstkę którą naświetlamy.

Do jakiej temperatury można rozgrzać nanocząstkę złota?

Bardzo wysokiej, nawet do tysiąca stopni Celsjusza. Wszystko zależy od tego, ile światła dostarczymy nanocząstce. W przypadku moich badań, aby zmodyfikować DNA, wystarczyła niewielka temperatura nanocząstki.

Wspominała pani o badaniach nad porządkowaniem się nanocząstek. Na czym polegały?

Od czasu mojej pracy magisterskiej zajmuję się też ciekłymi kryształami DNA. Jeżeli nici DNA umieścimy w wodzie, to one porządkują się, czyli nie pozostają bezładną mieszaniną, a układają się w określonym porządku. Do DNA, które ulega samoporządkowaniu, dodawałam nanocząstki złota i sprawdzałam, czy one także będą się porządkować, czy może zachowają się w inny sposób. Stwierdziliśmy – ja i moi współpracownicy z laboratorium, że rzeczywiście ulegają porządkowaniu razem z DNA. W takim przypadku wystarczy podgrzać nanocząstkę o kilka stopni i od razu dochodzi do rozporządkowania, a po jeszcze większym podgrzaniu możemy stopić nić DNA i w końcu doprowadzić do wrzenia całego preparatu.

Topienie DNA brzmi przerażająco.

Naszym zadaniem jest sprawdzenie każdej możliwości, by dowiedzieć się, co dzieje się z próbką w różnych sytuacjach, jak je kontrolować i czego się spodziewać przy konkretnych temperaturach. Dzięki temu będziemy wiedzieć, jakie są możliwości i ograniczenia wykorzystania nanocząstek.

Docelowo myślicie o badaniach klinicznych właśnie pod kątem zastosowania nanocząstek w niszczeniu komórek nowotworowych?

Zaczynamy współpracę z kilkoma laboratoriami biologicznymi, więc sądzę, że jest to możliwe. Na pewno jednak takie badania nie będą prowadzone u nas, w naszym laboratorium na uczelni, bo nie mamy zaplecza, które by na to pozwalało. To już zadanie dla innych naukowców.

Jakie zatem będą kolejne etapy pani badań?

Teraz zajmę się badaniem dużo mniejszych cząstek złota, tzw. nanoklasterów. Wcześniej skupiałam się na nanocząstkach o wielkości od 10 do mniej więcej 100 nanometrów. Tymczasem nanocząstki zdecydowanie mniejsze, czyli takie, które mają około 1-2 nanometry, zachowują się inaczej niż te duże i wykazują jeszcze inne cechy.

Diametralnie inne?

Bardziej zbliżone do właściwości zwykłych cząsteczek organicznych. Zresztą tak naprawdę taka jednonanometrowa nanocząstka to forma pośrednia między cząsteczką, która ma atom złota, a nanocząstką, która ma ich już kilka tysięcy.

Mnie interesują głównie właściwości optyczne, czyli to, jak dane struktury reagują na światło, czy świecą i czy można światłem jakoś nimi manipulować. I jeżeli chodzi o takie właściwości, to klastery mogą o wiele wydajniej świecić niż większe i mniejsze układy. Możemy ich świeceniem manipulować przez zmianę otoczenia takiego klastera i, co ważne, przez to, że są mniejsze, są też korzystniejsze, jeśli chodzi o ich późniejsze zastosowanie w medycynie.

W jakim sensie korzystniejsze?

Nanocząstka, która ma dziesiątki czy setki nanometrów, może być już problemem dla żywego organizmu, do którego zostanie wprowadzona. Wynika to z tego, że musimy ją czymś otoczyć, żeby zatrzymała się w tym miejscu, w którym jej potrzebujemy do zbadania danego miejsca czy zniszczenia określonych komórek. Rośnie więc do dużych rozmiarów i może zostać zaatakowana przez układ odpornościowy albo mieć problemy z przechodzeniem przez różne bariery.

Klastery są tak małe, że są praktycznie niewidoczne dla wielu mechanizmów obronnych organizmu.

Co z efektami ubocznymi? Złoto może nam jakoś szkodzić?

Od dawna już używamy złota w medycynie, bo jest bardzo nieaktywne chemicznie, a przez to bezpieczne. Nie ma więc powodów do obaw.

W tym roku odbyłam staż we Francji w ośrodku IGBMC pod Strasbourgiem. Sprawdzaliśmy tam na myszy, czy zaaplikowanie jej klasterów złota poskutkuje ich wydaleniem przez jej organizm i znajdą się one w moczu, czy może gdzieś się skumulują – np. w wątrobie albo w płucach.

Na razie mamy pierwsze wyniki i pokazują one, że klastery są bezpieczniejsze niż duże nanocząstki, które zalegały w wątrobie myszy. Klastery ulegały wydaleniu, co pokazuje, że jeśli nie zostaną wszczepione w miejscu, w którym ich potrzebujemy, to nie zatrzymają się gdzieś indziej i nie musimy się obawiać tego, że będą zalegały w organizmie i szkodziły.

Czym zajmie się pani, gdy zbada już właściwości klasterów?

Zajmie mi to na pewno sporo czasu. Myślę, że będą one tematem mojej habilitacji. Chcę poznać ich właściwości biologiczne, chemiczne i możliwości zastosowania, co oznacza wiele godzin w laboratorium.

Skąd u pani takie zainteresowania badawcze – połączenie zagadnień chemicznych, fizycznych i biologicznych?

Najpierw przez trzy lata studiowałam biotechnologię, a później zostałam przyjęta do programu Erasmus Mundus Master MONABIPHOT. To międzynarodowe studia polegające właśnie na tym, by uczyć jednocześnie i fizyki, i biologii, i chemii i pokazywać, jak wiele łączy te nauki. W moim roczniku zajęcia odbywaliśmy na Politechnice Wrocławskiej i ENSde Cachan we Francji. Udział w tym programie bardzo wiele mi dał – szersze spojrzenie na naukę i porównanie tego, jak wygląda ona w Polsce i za granicą.

Sporo pani wyjeżdżała za granicę także już na doktoracie i po obronie.

To prawda, na stażu we Francji byłam siedmiokrotnie, a w najbliższym czasie w związku z wyróżnieniem w programie START mogę także wyjechać na staż na Uniwersytet w Berkeley. Takie wyjazdy są bardzo cenne i dla mnie, bo mogę np. skorzystać z aparatury, której nie ma na naszej uczelni, i dla naukowców z ośrodka, który mnie gości, bo mają okazję zastanowić się nad nowymi problemami badawczymi. Przykładowo w ośrodku we Francji, do którego jeździłam, do tej pory nikt nie zajmował się nanocząstkami złota i ciekłymi kryształami DNA.

Dużą część badań prowadzę jednak u nas, na Politechnice Wrocławskiej. Laboratorium, w którym pracuję, jest bardzo dobrym środowiskiem pracy. Cieszę się dużym wsparciem ze strony kolegów i szefa grupy, prof. Marka Samocia. Mamy tu także dobrą aparaturę.

Oczywiście, jak wszyscy naukowcy muszę zabiegać o środki na prowadzenie badań, czyli rozpisywać projekty i starać się o dofinansowania, ale tak wygląda system finansowania nauki w Polsce i jak każdy ma swoje zalety i wady.

Rozmawiała Lucyna Róg

* Dr Joanna Olesiak-Bańska pracuje w Instytucie Chemii Fizycznej i Teoretycznej na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. Jest absolwentką biotechnologii PWr i fizyki ENS de Cachan (Francja). Studia magisterskie realizowała w ramach programu Erasmus Mundus Master Molecular Nano- and Biophotonics „Monabiphot”. W 2012 r z wyróżnieniem ukończyła doktorat pod opieką prof. Marka Samocia i dr inż. Katarzyny Matczyszyn, w ramach którego zajmowała się badaniami nowych znaczników fluorescencyjnych dla mikroskopii wielofotonowej. Jest autorką 18 publikacji w renomowanych czasopismach i ok. 30 wystąpień konferencyjnych, kierownikiem dwóch projektów. Odbyła szereg staży naukowych, m.in. na ENS de Cachan (Francja), ANU (Australia) czy Uniwersytecie w Cambridge (Wielka Brytania). Za swoje osiągnięcia naukowe otrzymała liczne nagrody, m.in. stypendium bourse de recherché Ambasady Francji, a ostatnio stypendium FNP START z dodatkowym wyróżnieniem. Równocześnie dr Olesiak-Bańska jest promotorem 5 prac magisterskich i 4 inżynierskich, pomysłodawcą i organizatorem cyklu konferencji naukowych PANIC, a od niedawna także mamą.