Glejaki (GB) stanowią prawie 50% nowotworów mózgu. Zidentyfikowano wiele zmian genetycznych odpowiedzialnych za ich powstawanie. Najczęściej wymienia się mutacje i nadekspresje receptorów kinazy tyrozynowej, takich jak EGFR oraz zmiany i sygnalizacji RAS/MAPK oraz szlaku PI3K/AKT/mTOR, które regulują proliferację komórek i apoptozę. W zależności od stopnia zaawansowania guza, leczenie GB polega na usunięciu chirurgicznym, ewentualnie w połączeniu z chemioterapią i radioterapią. W ostatnich latach zaobserwowano rozwój terapii celowanej. Jednakże zastosowanie selektywnych inhibitorów kinaz okazało się być mało skuteczne na etapie badań klinicznych. Mechanistyczny cel rapamycyny (mTOR) napędza kilka fizjologicznych i patologicznych procesów komórkowych i często ulega deregulacji w różnych typach nowotworów, w tym glejaku wielopostaciowym (GBM). Dotychczas żadne próby ukierunkowania tego szlaku za pomocą inhibitorów kinaz nie poprawiły wyników leczenia pacjentów z GBM.

Serotonina (5-HT) wymieniana jest jako czynnik wzrostu kilku typów komórek nowotworowych. Wykazano, że stymuluje proliferację, migrację i inwazję komórek glejaka. W przeciwieństwie do innych receptorów serotoninowych, ekspresja 5-HT₆R ogranicza się do ośrodkowego układu nerwowego. W zależności od czasu i lokalizacji subkomórkowej receptor ten może angażować różne szlaki sygnalizacyjne. 5-HT₆R moduluje różne kluczowe cele rozwojowe, takie jak mTOR. Konstytutywnie aktywne 5-HT₆R przyczyniają się do zwiększonej aktywności mTOR w mózgu. W&nbspniniejszym projekcie zaproponowano zastosowanie ligandów 5-HT₆R, jako pośrednich modulatorów kinaz mTOR oraz CDK-5. W przeciwieństwie do znanych rozwiązań w&nbsp farmakoterapii glejaka, związki te łączą hamowanie szlaków sygnalizacji powiązanych ze wzrostem glejaków oraz ograniczają ilości serotoniny w środowisku guza.

Celem projektu jest zwiększenie potencjału komercjalizacyjnego badań podstawowych, realizowanych na Politechnice Krakowskiej w projekcie NCN Preludium „Nowe ligandy receptora 5-HT₆ z grupy sulfonamidowych pochodnych cyklicznych aryloguanidyn w leczeniu glejaków wielopostaciowych”. W ramach działań objętych PoC zaplanowano optymalizacje metod syntezy wybranych cząsteczek, z zastosowaniem syntezy wspieranej sonochemicznie lub mikrofalowo oraz szczegółową ocenę potencjału przeciwnowotworowego ligandów 5-HT₆R, na wybranych liniach glejaka in vitro. Główmy celem projektu ma być potwierdzenie antyneoplastycznej aktywności opracowanych związków, stosując między innymi model badawczy 3D, który zgodnie z literaturą przedmiotu uznawany jest za zbliżony do mikrośrodowiska komórek nowotworowych in vivo. Zaplanowano pozyskanie materiału badawczego od pacjentów ze zdiagnozowanym GB w ramach współpracy z Uniwersytetem Medycznym w Łodzi oraz wykonanie testów in vitro z wykorzystaniem pozyskanych linii. Oceniony zostanie potencjał do hamowania proliferacji, migracji i inwazji oraz promowania apoptozy. Związki przeznaczone do badań biologicznych będą częściowo pochodziły z prowadzonego wcześniej projektu Preludium, a częściowo będą modyfikowane po przeprowadzeniu analiz in silico. Działanie to ma na celu potencjalne zwiększenie zdolności modulacyjnej względem wybranych ścieżek sygnalizacji oraz poprawę penetracji bariery krew-mózg. Efektem projektu będą związki o potwierdzonej aktywności przeciwnowotworowej w kierunku GB, na etapie wczesnych badań przedklinicznych. Dodatkowo zoptymalizowana zostanie ich metoda syntezy oraz scharakteryzowany profil uwalniania oraz profil zanieczyszczeń. Projekt jest realizowany przy wsparciu doradczym podmiotów gospodarczych Farmina sp. z o. o. oraz AT Analytica Prosta Spółka Akcyjna.

W ramach prac objętych projektem wytypowano 8 cząsteczek posiadających wysokie powinowactwo do receptorów serotoninowych, które następnie zostały poddane szczegółowej analizie pod kątem aktywności przeciwnowotworowej in vitro. Trzy badane związki pochodziły z zakończonego wcześniej projektu Preludium, realizowanego na Politechnice Krakowskiej. Pięć nowych ligandów zaprojektowano w oparciu o uzyskane wcześniej wyniki, przy wsparciu metod modelowania molekularnego.

Jednym z efektów projektu PoC jest opracowanie nowej, bezrozpuszczalnikowej metody syntezy wspomnianych cząsteczek, prowadzonej sonochemicznie. Pomimo braku rozpuszczalnika, upłynnienie reagentów w środowisku reakcji pozwala na efektywne wykorzystanie ultradźwięków jako medium dostarczającego energię do układu. Zastosowanie opracowanej metody pozwoliło na otrzymanie produktów z wysoką wydajnością w zakresie 64-87%, przy czasie reakcji wynoszącym poniżej 2 godzin. Badania in vitro zostały przeprowadzone przy zastosowaniu handlowych linii komórkowych glejaka, a także komórek wyizolowanych od pacjentów onkologicznych, przy współpracy z Łódzkim Uniwersytetem Medycznym. Testowane związki wykazywały wysoką aktywność przeciwnowotworową. Do szczegółowych badań wybrano dwa z nich, które cechowała najwyższa selektywność, w odniesieniu do komórek prawidłowych – astrocytów.

Dwie wybrane cząsteczki L184 oraz JK 75 poddano dalszym analizom na modelach komórkowych 2D oraz 3D, z zastosowaniem 4 linii glejaka w tym 2 wyprowadzonych z materiału nowotworowego pozyskanego od pacjentów onkologicznych. Stwierdzono, iż badane związki wykazują aktywność proapopototyczną, antyproliferacyjną oraz cechują się zdolnością ograniczania inwazyjności komórek GB w warunkach in vitro, choć poszczególne linie GB cechowały się różną wrażliwością zależną od stężenia. Wyniki analizy ujawniły także zdolność L184 oraz JK 75 do wpływu na cykl komórkowy, sugerując częściowy blok cyklu w fazie G0/G1. Oba związki są obiecującymi kandydatami do dalszych badań jako potencjalne chemioterapeutyki. Ze względu na prawdopodobnie odmienny mechanizm działania w porównaniu z obecnie stosowanymi terapiami, L184 oraz JK 75 mogą istotnie przyczynić się do walki z problemem lekooporności.