Metody badań i selekcji substancji czynnych w bioitechnologii.pdf

Dr hab. Jarosław Dastych

Nowoczesne metody bada i selekcji substancji czynnych w

biotechnologii, farmacji, kosmetologii: wysokowydajne testy

przesiewowe (HTS) i alternatywne testy toksyczno"ci

Wzajemne przenikanie chemii, biologii i medycyny doprowadziło do powstania

nowoczesnego przemysłu farmaceutycznego. Pracuj ce na rzecz tego przemysłu laboratoria

dowiodły, !e oparte na solidnych podstawach naukowych strategie poszukiwania nowych

substancji czynnych dostarczaj przynosz cych zyski produktów. Jednak szybki rozwój

biologii i chemii doprowadził do zasadniczej zmiany w stosowanych strategiach słu! cych

odkrywaniu nowych leków. Do przełomu tego doprowadziła rewolucja naukowa zwi zana z

rozwojem biologii molekularnej poł czona z dramatycznym zwi#kszeniem si# mo!liwo$ci

syntezy organicznej. We współczesnym sposobie poszukiwania nowych leków racjonalne

projektowanie nowych zwi zków chemicznych ł czy si# z ekstensywnym przeszukiwaniem

całego oceanu istniej cych substancji w poszukiwaniu ukrytych „diamentów”. Niezb#dn

cz#$ci tych poszukiwa( jest zastosowanie wysokowydajnych testów przesiewowych.

Wysokowydajne testy przesiewowe (testy HTS) powstały w odpowiedzi na problem, którym

jest dost#pno$. astronomicznej liczby izolowanych ze /ródeł naturalnych i mo!liwych do

zsyntetyzowania zwi zków chemicznych o niemo!liwej do przewidzenia aktywno$ci

biologicznej. Testy HTS s narz#dziem, które pozwala nam zaw#zi. liczb# badanych

potencjalnie interesuj cych nas substancji. Postepy farmakologii i biochemii ugruntowały

przekonanie, !e aktywno$. biologiczna substancji wynika z ich oddziaływania z okre$lonymi

makrocz steczkami takimi jak, białka i kwasy nukleinowe. Szukaj c nowych leków musimy

zatem dowiedzie. si# jak interesuj ce nas zwi zki chemiczne oddziałuj z wybranymi przez

nas makrocz steczkami - tarczami terapeutycznymi. Technologia HTS powstała dzi#ki

poł czeniu trzech elementów: miniaturyzacji pomiarów biologicznych, opartej na

zastosowaniu robotów automatyzacji procesów pomiarowych i skomputeryzowania

przetwarzania danych. Pomiary dowolnej aktywno$ci biologicznej mog sta. si# podstaw do

rozwoju testu HTS je$li spełni okre$lone kryteria. O powodzeniu decyduj takie elementy

jak obj#to$. materiału biologicznego i próbki zu!ywanej w pomiarze, mo!liwo$.

przeprowadzenia pomiaru na płytce wielopozycyjnej, ilo$. operacji potrzebnych na uzyskanie

jednego punktu pomiarowego i czas pomiaru. W tym samym czasie gdy pomiary aktywno$ci

biologicznej osi gn#ły po! dan przez przemysł wysoka wydajno$. post#py genomiki

pozwoliły na zidentyfikowanie nowych tarcz terapeutycznych – produktów genów

zaanga!owanych w procesy chorobowe. W ten sposób osi gni#to obecnie stan w którym

ograniczona - liczona w setkach - liczba tarcz terapeutycznych stała si# podstaw setek je$li

nie tysi#cy testów aktywno$ci biologicznej, które stosowane s do automatycznego badania

milionów zwi zków chemicznych. Jednak odnalezienie zwi zku chemicznego o po! danej

aktywno$ci rozpoczyna dopiero skomplikowany proces tworzenia nowego leku. Cały ten

proces od zidentyfikowania nowej substancji czynnej do pojawienia si# leku na rynku mo!e

kosztowa. 15 lat pracy i miliard dolarów. Im dłu!sz drog# przebywa dana substancja na tej

kosztownej dla inwestorów drodze, tym wi#kszy procent tej olbrzymiej kwoty nie mo!e ju!

zosta. odzyskany je$li lek nie spełni pokładanych w nim nadziei. Jednym z mo!liwych

przyczyn takiej pora!ki jest zbyt pó/ne odkrycie, !e badany przez nas zwi zek jest toksyczny

w stopniu utrudniaj cym b d/ uniemo!liwiaj cym jego u!ycie terapeutyczne. Metody

przesiewowe wyławiaj ce substancje o po! danej aktywno$ci biologicznej takie jak testy

HTS mog i powinny słu!y. eliminowaniu spo$ród kandydatów na leki, substancji o

niepo! danych własno$ciach toksycznych. W idealnej strategii poszukiwania nowych

substancji biologicznie czynnych wykrywanie toksyczno$ci odbywa si# juz na

najwcze$niejszych etapach bada(. Testy przeprowadzane na zwierz#tach staj si# w ten

sposób $rodkiem do potwierdzania bezpiecze(stwa wprowadzanych na rynek leków, a nie

metod charakteryzowania substancji, które s dopiero w fazie wst#pnych bada(. Interes

ekonomiczny przemysłu ł czy si# tutaj z konieczn odpowiedzi na malej c tolerancj# dla

prowadzenia bada( na zwierz#tach obserwowan w$ród rozwini#tych postindustrialnych

społecze(stw. Wymuszona opiniami społecznymi zmiana polityczna dokonuj ca si# obecnie

w standardach bezpiecze(stwa chemicznego powoduje szereg trudno$ci, które pojawiaj si#

na styku działa( legislacyjnych, prac badawczych i decyzji biznesowych. Nie wydaje si#

jednak, aby wprowadzenie testów alternatywnych miało odby. si# kosztem bezpiecze(stwa

konsumentów. Wła$ciwe zastosowanie najnowszych technik badawczych in vitro pozwoli

znale/. optymalne czyli efektywne i jednocze$nie bezpieczne substancje czynne.

1) Wysokowydajne testy przesiewowe (HTS)

i) Rola testów HTS w poszukiwaniach nowych substancji czynnych dla przemysłu

farmaceutycznego ( 4 wykłady)

ii) Celowo$. stosowania HTS w badaniach nad nowymi lekami: czy i kiedy opłaca

si# stosowanie testów HTS (2 wykłady)

iii) Niezb#dne komponenty testu HTS (3 wykłady)

iv) Organizacja laboratorium HTS (2 wykłady)

v) Walidacja wyników uzyskanych za pomoc technik HTS (2 wykłady)

vi) Przyszło$. testów HTS (1 wykład)

2) Alternatywne testy toksyczno$ci

i) Badania nad toksyczno$ci leków i innych substancji chemicznych: koncepcja

alternatywnych testów toksyczno$ci (1 wykład)

ii) Obecnie dost#pne i stosowane w praktyce testy alternatywne (2 wykłady)

iii) Problemy prawne dotycz ce stosowania testów alternatywnych (2 wykłady)

iv) Korzy$ci i zagro!enia zwi zane z wprowadzeniem testów alternatywnych do

bada( nad lekami (1 wykład)

v) Elementy oceny toksyczno$ci we wczesnych etapach poszukiwa( nowych

substancji czynnych dla przemysłu farmaceutycznego (3 wykłady)

vi) Przyszło$. alternatywnych testów toksyczno$ci (1wykład)

Dane o wykładowcy

Curriculum Vitae

Dr hab. nauk medycznych Jarosław Dastych

Data i miejsce urodzenia: 16.10.1959, Łód/

Wykształcenie:

1983

Magister biologii, Uniwersytet Łódzki

1991

Doktor nauk medycznych. Akademia Medyczna w Łodzi

2003

Doktor habilitowany nauk medycznych, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Do wiadczenia w pracy zawodowej:

1983 -1992 technik nast#pnie asystent, Zakład Amin Biogennych PAN w Łodzi

1989 - 1990 stypendysta (Fulbright scholarship) w Narodowych Instytutach Zdrowia,

Bethesda, USA

1992 -1995 sta! podoktorski, (Fogarty International Fellowship) w Narodowych Instytutach

Zdrowia, Bethesda, USA

1995 -1998 p.o. Kierownika Zespołu Alergologii, Zakład Amin Biogennych PAN w Łodzi

1998 -1999 Visiting scientist w Narodowych Instytutach Zdrowia, Bethesda, USA

1999-2004 Kierownik Laboratorium Immunologii Molekularnej, Mi#dzynarodowy Instytut

Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie

Od 2004 Kierownik Pracowni Immunologii Komórkowej, Centrum Biologii Medycznej

PAN w Łodzi

Zrealizowane granty badawcze:

Grant Komitetu Bada( Naukowych Nr 4 P05A 047 10, „Chemiczne pobudzenie produkcji

interleukiny 4 w komórkach tucznych jako potencjalny mechanizm wpływu czynników

$rodowiska na rozwój nadwra!liwo$ci typu wczesnego”

Grant Komitetu Bada( Naukowych Nr 4 P05A 051 "Charakterystyka sekwencji

promotorowych, czynników transkrypcyjnych oraz dróg przekazywania sygnału

zaanga!owanych w aktywacj# ekspresji genu IL-4 przez jony metali ci#!kich"

Grant z V Programu Ramowego Komisji Europejskiej Nr QLRT-2000-00787 "A New

Technology for Fluorescent "Cell Chip" Immunotoxicity Testing"

Główne zagadnienia podejmowane w pracy badawczej:

1. Rozwój nowych alternatywnych testów toksyczno$ci

2. Molekularne mechanizmy immunotoksycznych i immunomoduluj cych wpływów

$rodowiskowych.

3. Biologia molekularna komórek tucznych, a w szczególno$ci mechanizmy

przekazywania sygnału reguluj ce ekspresj# cytokin.

Wybrane publikacje:

1. Trzaska D., Zembek P., Olszewski M., Adamczewska V., Ulleras E., Dastych J.

(2005) Fluorescent Cell Chip for immunotoxicity testing: Development of the c-

fos expression reporter cell lines. Toxicol Appl Pharmacol. 207:133-41

2. Walczak-Drzewiecka A., Wyczółkowska J., Dastych J. (2005) C-Jun N-terminal

kinase is involved in mercuric -ions-mediated interleukin-4 secretion in mast cells.

Int Arch Allergy Imm. 136: 181-190

3. Ulleras E, Trzaska D, Arkusz J, Ringerike T, Adamczewska V, Olszewski M,

Wyczolkowska J, Walczak-Drzewiecka A, Al-Nedawi K, Nilsson G, Bialek-

Wyrzykowska U, Stepnik M, Van Loveren H, Vandebrielf R, Løvike M,

Rydzynski K, Dastych J. (2005) Development of the “Cell Chip”: a new in vitro

alternative technique for immunotoxic5ty testing. Toxicol. 206: 245–256

4. Ringerike T, Ulleras E, Volker R, Verlaan B, Eikeset A, Trzaska D, Adamczewska

V, Olszewski M, Walczak-Drzewiecka A, Arkusz J, van Loveren H, Nilsson G,

Lovik M, Dastych J, Vandebriel RJ. (2005) Detection of immunotoxicity using T-

cell based cytokine reporter cell lines (“Cell Chip”). Toxicol. 206: 257–272

5. Walczak-Drzewiecka A., Wyczółkowska J. Dastych J. (2003)Environmentally

relevant metal and transition metal ions enhance FceRI mediated mast cell

activation. Environ Health Perspect. 111: 708-713

6. Taylor M., Dastych J., Sehgal D., Sundstrom M., Nilsson G., Akin C., Mage R.G.,

Metcalfe D.D.. (2001) The kit activating mutation D816V enhances stem cell

factor-dependent chemotaxis.. Blood 98: 1195-9.

7. Dastych J., A. Walczak-Drzewiecka, J. Wyczolkowska, D.D. Metcalfe. (1999).

Murine mast cells exposed to mercuric chloride release granule associated N-

acetyl-b -D-hexosaminidase and secrete IL-4 and TNF-a " J. Allergy Clin.

Immunol. Jun 1; 103:1108-1114.

8. Dastych J., D. Taub, M.C. Hardison, D.D. Metcalfe. (1998). Tyrosine kinase

deficient W v induces mast cell adhesion and chemotaxis. Am. J. Physiol. Nov;

44:C1291-C1299

9. Dastych J., M.C. Hardison, D.D. Metcalfe. (1997). Aggregation of low affinity

IgG receptors induces mast cell adherence to fibronectin: requirement for the

common FcR gamma-chain J. Immunol. Feb 15; 158: 1803-1809.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: