Interdyscyplinarność LOMiTI - tutaj pojawiają się pomysły i nowe rozwiązania medyczne
|
|
Zespół Profesor Claudine Kieda z Laboratorium Onkologii Molekularnej i Terapii Innowacyjnych (LOMTI) WIM w ramach konkursu na dużą infrastrukturę badawczą organizowanego przez MNiSW grant w kwocie 1,5 mln PLN na zakup systemu do przygotowywania i hodowli komórek in vitro w kontrolowanych warunkach tlenu. To naprawdę wielki sukces! Aparatura jest już w laboratorium. Czym jest dziś LOM i co jest jego wizją - o tym w rozmowie z Kierownik prof. Claudine Kiedą.
Pani Profesor czym zajmuje się Laboratorium Onkologii Molekularnej i Terapii Innowacyjnych od strony naukowej?
Jak mówi sama nazwa laboratorium, nasze zainteresowania skupiają się wokół biologii nowotworów oraz opracowywania nowych terapii w oparciu o wiedzę, jak choroba się rozwija. Wiele naszych projektów dotyczy zjawiska hipoksji, czyli zbyt niskiego poziomu tlenu w tkance oraz jego konsekwencji dla rozwoju choroby. Badamy jak zwiększenie dostępności tlenu, np. poprzez modulowanie angiogenezy, czyli procesu tworzenia naczyń krwionośnych, może przyczyniać się do zmniejszenia agresywności raka oraz zwiększenia skuteczności leczenia. Zgłębiamy rolę tych zjawisk także w przebiegu innych chorób takich jak zawał serca, endometrioza, czy choroby neurodegeneracyjne. Chemy być także miejscem, w którym najnowocześniejsze techniki biologii molekularnej i komórkowej są dostępne dla innych naukowców, z różnych dyscyplin. Chcemy stworzyć w WIM platformę wykorzystująca zarówno proste jak i wyrafinowane podejścia naukowe w celu testowania innowacyjnych hipotez badawczych i stawiania nietuzinkowych pytań naukowych. Wszystko po to, aby wprowadzać bardziej skuteczne terapie przydatne w różnych chorobach cywilizacyjnych. Zgodnie z tą koncepcją w LOMTI dostępne są narzędzia w postaci know-how oraz aparatury, które pozwalają prowadzić nam badania z wykorzystaniem technik biologii molekularnej i komórkowej. Ponadto, rozumiemy, że postęp w nauce następuje bardzo szybko i musimy być na bieżąco z najnowszymi trendami, a także otwarci na współpracę i wymianę myśli z różnymi naukowcami. W tym celu regularnie organizujemy seminaria naukowe dotyczące najnowszych podejść badawczych. Perelegentami są znakomici naukowcy z kraju i z zagranicy. Rozmowy te są oczywiście otwarte dla całej społeczności naukowej WIM i mają na celu zwiększenie szans na stworzenie nowych współprac naukowych. A te, jak wiemy, są kluczem do skutecznej pracy badawczej.
Wojskowy Instytut Medyczny jako Instytut Badawczy bardzo dużą wagę przykłada do aktywnego rozwoju naukowego. Aktywnie pozyskuje środki finansowe na realizację projektów naukowych. Ostatnio została zakupiona ze środków MNiSW aparatura stanowiąca zintegrowany system umożliwiający całościowe badanie wpływu różnego ciśnienia tlenu na komórki i tkanki in vitro. Co dzięki temu zyskujecie?
LOMiTI nie generuje kosztów, utrzymuje się z funduszy pozyskiwanych na realizację badań. Rzeczywiście niedawno Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego przyznało nam grant na zakup tzw. dużej infrastruktury badawczej. Zakupiliśmy komory do hodowli komórek w warunkach niedotlenienia, czyli hipoksji. System ten umożliwia nam prowadzenie eksperymentów na komórkach (in vitro) i na tkankach (ex vivo) w warunkach, które przypominają te występujące w organizmach żywych (in vivo).
Doświadczenia z wykorzystaniem hodowli komórkowych, które są podstawowym narzędziem pracy każdego laboratorium zajmującego się układami biologicznymi, są przeważnie wykonywane w warunkach tlenowych nieodpowiadających parametrom fizjologicznym.
W warunkach atmosferycznych (normoksja) ciśnienie cząstkowe tlenu jest 2-20 razy wyższe niż w różnych narządach organizmów żywych. Parametr ten jest jeszcze ważniejszy w chorobach, których rozwój zależy od niedostatecznej ilości tlenu - niedotlenienia - jak rak, cukrzyca, choroby kardiologiczne (zawał mięśnia sercowego) lub choroby mózgu (udar mózgu, choroba Alzheimera). Hodowle komórkowe i organoidy, które wykorzystujemy do naszych eksperymentów, mogą być teraz utrzymywane w rzeczywistych warunkach (fizjologiczne wartości ciśnienia tlenu), które odzwierciedlają środowisko in vivo.
W ten sposób możemy przeprowadzić badania, które dostarczają istotnych biologicznie danych i mogą wpłynąć na lepsze rozumienie przez nas wielu zjawisk.
Dodatkowo, komora hipoksyjna wyposażona jest w fluorescencyjny, odwrócony wideo mikroskop. Drugie analogiczne urządzenie mamy w warunkach normoksji. Pozwalają one nam na badanie długoterminowego zachowania komórek i ich interakcji naśladujących zjawiska zachodzące w tkankach i narządach podczas rozwoju różnych chorób.
Warto podkreślić, że taki sprzęt stanowi wartość dodaną dla WIM. Jest wyjątkowy w skali krajowej, co czyni z LOMTI/ WIM atrakcyjnego partnera naukowego dla innych jednostek naukowych. Koszty zakupu sprzętu zostały pokryte z funduszy przyznanych na badania, podobnie jak innych urządzeń znajdujących się w Laboratorium.
Co ważne, zgodnie z przyświecającą nam ideą „core facility” cała ta infrastruktura jest otwarta dla wszystkich pracowników naukowych WIM i innych jednostek naukowych. Mamy nadzieję, że wiele osób dostrzeże korzyści, jakie ich badania mogą uzyskać dzięki pracy w takich warunkach.
Jakim potencjałem sprzętowym i ludzkim dysponuje Laboratorium?
LOMTI jest klasycznym laboratorium naukowym o profilu biochemicznym i biologicznym. Dzięki pozyskiwanym grantom badawczym, ciągle wzbogacamy wyposażenie laboratorium o nowe urządzenia. Dysponujemy pracownią do klasycznej hodowli komórkowej, wyposażonej w inkubatory hodowlane, komory laminarne i niezbędny sprzęt pomocniczny. Wykonujemy oznaczenia na poziomie białek : metodami ELISA czy western blot oraz genów : techniką real-time PCR. Dzięki współpracy z różnymi jednostkami naukowymi, możemy wykorzystywać wiele różnych, wyjątkowych linii komórkowych, stanowiących modele konkretnych tkanek lub chorób. Dzięki wspomnianej wcześniej aparaturze do hodowli w kontrolowanych warukach tlenowych, możemy rekonstytuować prawdziwe warunki zachodzące w organizmie. W ramach rozwoju LOMTI wg. idei «core facility» tworzymy także pracownię mikroskopową i cytometryczną. Staramy sięo kolejne fundusze na doposażenie tych pracowni.
W laboratorium pracuje obecnie 5 doktorów, 1 magister i 1 technik, oraz mamy aż 6 słuchaczy studiów doktoranckich. Osoby te są biologami molekularnymi i realizują zadania badawcze w ramach przyznanych nam projektów badawczych.
Z takimi możliwościami sprzętowymi z pewnością oferujecie wszechstronne możliwości badań naukowych. Czy wiele propozycji współpracy ze strony naukowców z WIM i nie tylko otrzymujecie?
Myślę, że powinniśmy jeszcze bardziej uwidocznić nasz potencjał i możliwości Laboratorium.
Współpraca, której szukamy od początku istnienia laboratorium, rozwija się powoli, ale ostatnio dostajemy coraz więcej propozycji współpracy. Rozumiemy, że klinicyści są bardzo zajęci, ale stanowią bardzo ważny element prowadzenia badań translacyjnych. Ich wiedza i doświadczenia mogą stanowić ogromny potencjał dla naszych badań. I w drugą stronę, Laboratorium oraz dostępne u nas techniki biologii molekularnej i komórkowej mogą być cennym narzędziem, aby zwiększyć wartość obserwacji klinicznych.
Oferowane w LOMTI możliwości testowania zachowań komórek i wyjaśnienia reakcji (lub jej braku) na leczenie to tylko jeden prosty przykład tego, co możemy u nas zrobić.
Należy zwrócić uwagę także na fakt, że filozofia i zasady obowiązujące w LOMTI mają na celu stworzenie z niego tzw. „core facility”, czyli jednostki otwartej, dostępnej dla całej instytucji. Bardzo lubię ten sposób pracy, z którym mam bardzo dobre doświadczenia jeszcze z Francji. Pozwala on na synergię pracy, zwiększenie efektywności pozyskiwania danych i sprawia, że stosunek zysków/ kosztów związanych z prowadzeniem badań naukowych jest znacznie korzystniejszy.
Sprzęt naukowy, ze względu na swoją cenę, trwałość i amortyzację, powinien z definicji pracować przez cały dzień i noc. Jest to cel, który można osiągnąć dzięki pracowniom typu „core facility”. Jednak aby uzyskać maksymalną wydajność, główne elementy specjalistycznego sprzętu muszą być pod nadzorem specjalisty, który dba o właściwy sposób użytkowania i pozyskiwanie poprawnych danych. I takich ludzi chcemy zapraszać także do współpracy.
W nazwie laboratorium pojawia się jej część dotycząca „… terapii innowacyjnych” jak obecnie prowadzone badania przekładają się na ich rozwój. Czy myśli Pani Profesor, że w przyszłości osiągnięcia Laboratorium przyczynią się do wprowadzenia nowych rozwiązań medycznych?
Głównym powodem wszelkich badań biomedycznych jest poprawa zdrowia ludzi, wiec jak najbardziej jest to również nasz cel. Jednak naszym głównym celem jest prowadzenie badań podstawowych. Przyjęte w LOMTI podejście do prowadzenia badań i testowania hipotez badawczych może przyczynić się do zmiany postrzegania i rozumienia wielu zjawisk. Jestem pewna, że nasza dbałość o prowadzenie badań podstawowych w warunkach realnie odwzorowujących to co się dzieje w organizmie, sprawi że otrzymywane przez nas wyniki okażą się prawdziwe także in vivo. Dzięki temu, jest duża szansa, że testowana przez nas obecnie terapia normalizacji naczyń krwionośnych w różnych schorzeniach, stanie się dostępna w klinice.
Jak widzi Pani waszą pracę za kilka lat, jak szybko i w jakim kierunku zmienia się dziedzina medycyny, którą się zajmujecie?
Mam nadzieję, że infrastruktura, którą dysponujemy i ciągle udoskonalamy będzie szeroko wykorzystywana w WIM jako element spajający współprace naukowe.
W najbliższym czasie będziemy się starać pozyskać dalsze fundusze na zakup kolejnych urządzeń do wizualizacji. Chodzi między innymi o kolejne mikroskopy, dające dodatkowe możliwości obserwacji większych struktur (organoidów) oraz sortera komórek i analizatora cytometrycznego. Ten ostatni jest w tej chwili naszą największą potrzebą, ponieważ powinien być dostępny do codziennych analiz w laboratorium o takim profilu jak nasz. Obecnie wykonujemy niezbędne doświadczenia ilościowe z wykorzystaniem innych metod, jak qPCR.
Chcemy utrzymać światowy poziom badań oraz zwiększać potencjał kadrowy, który jest kluczowy dla rozwoju zespołu. Chcemy aby organizacja funkcjonowania laboratorium umożliwiła współpracę badań podstawowych i aplikacyjnych oraz sprzyjała prowadzeniu nietuzinkowych projektów. Liczymy, że dzięki temu możliwe będzie rozwijanie m. in. medycyny spersonalizowanej, któa w moim przkonaniu jest przyszłością większości terapii.
Dziękuję i życzę samych sukcesów.
Rozmawiała Małgorzata Złotkowska
*********
System do prowadzenia badań in vitro w warunkach fizjologicznego ciśnienia tlenu już w LOMTI/ WIM
Fizjologiczne ciśnienie parcjalne tlenu (tzw. fizjoksja) w tkankach organizmów żywych jest znacznie niższe niż atmosferyczne (normoksja). W różnych narządach człowieka wynosi ono od kilku do kilkunastu procent, a w guzie nowotworowym spada nawet poniżej 1% (hipoksja)! Dlatego prowadzenie badań naukowych w układach modelowych in vitro, gdzie ciśnienie tlenu jest bliskie atmosferycznemu nie odzwierciedla fizjologii organizmów żywych i może być źródłem wielu artefaktów poznawczych. Nawet krótka ekspozycja komórek czy organów na sub-optymalne warunki tlenowe może istotnie wpłynąć na ekspresję genów regulujących ważne procesy komórkowe, a tym samym na odpowiedź komórki na dany bodziec. To z kolei, może mieć kapitalny wpływ na wynik eksperymentu i jego interpretacje. A to już w prosty sposób przekłada się już na naszą wiedzę i rozumienie wielu procesów biologicznych, także tych których zachwianie prowadzi do stanów patologicznych, tj. choroby nowotworowe, kardiologiczne, czy zapalne. Dlatego konieczne jest zapewnienie odpowiednich warunków obróbki i hodowli materiału biologicznego (także tego pozyskiwanego od pacjentów) przez cały czas procedury eksperymentalnej.
W związku z tym zespół Profesor Claudine Kieda z Laboratorium Onkologii Molekularnej i Terapii Innowacyjnych (LOMTI) Wojskowego Instytutu Medycznego (WIM) w Warszawie w ramach konkursu na dużą infrastrukturę badawczą organizowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego pozyskał grant w kwocie 1,5 mln PLN na zakup systemu do przygotowywania i hodowli komórek in vitro w kontrolowanych warunkach tlenu.
Zakupiono system X3 firmy Biospherix, który umożliwia przeprowadzanie doświadczeń in vitro w warunkach kontrolowanego ciśnienia O2, CO2, temperatury i wilgotności. Wszystkie procedury przyżyciowe, tj. przygotowywanie komórek/ organoidów, hodowla, obserwacje mikroskopowe przeprowadzane są bez opuszczania systemu. W istotny sposób ogranicza to zaburzenia funkcjonowania komórek w czasie przebiegu eksperymentu. Jednocześnie, możliwość swobodnego wprowadzania i wyjmowania (przez specjalną śluzę) materiałów do i z systemu, umożliwia korzystanie z pozostałej aparatury; tj. wirówek, cytometru przepływowego i in. System pozwala na równoległą hodowlę komórek w 3 różnych wartościach ciśnienia tlenu, a niezależne stacje robocze umożliwiają jednoczesną pracę 2 badaczom, bez ryzyka ekspozycji badanych komórek i tkanek na inne niż zaplanowane warunki tlenowe. System wyposażony jest także w odwrócony mikroskop fluorescencyjny (AxioObserver7, Zeiss) umożliwiając obserwacje hodowanych komórek. Dzięki kontroli warunków pO2 i temperatury komory, wewnątrz której znajduje się mikroskop, możliwe jest wykonywanie obserwacji w czasie rzeczywistym (w tym filmy poklatkowe) w zadanym poziomie tlenu. Znajduje to zastosowanie w ocenie wpływu ciśnienia tlenu na morfologię oraz ruch komórek, ekspresję białek czy interakcje międzykomórkowe. Dodatkowy system pomiaru pO2 rozpuszczonego w płynach (OxyLite, Oxford Optronics) za pomocą sondy (o średnicy ok 800 um) umożliwia monitorowanie zmian zawartości tlenu w pożywce hodowlanej w czasie hodowli zachodzących pod wpływem metabolizmu komórek.
Zakupiona aparatura stanowi zintegrowany system umożliwiający całościowe badanie wpływu różnego ciśnienia tlenu na komórki i tkanki in vitro. Pozwala na pomiar wielu wskaźników w warunkach in vitro oraz prowadzenie skomplikowanych protokołów badawczych (dzięki niezależnej kontroli ustawień w inkubatorach oraz dużej ich pojemności). System stanowić będzie podstawowe narzędzie do prowadzenia doświadczeń w ramach programu badawczego Laboratorium Onkologii Molekularnej i Terapii Innowacyjnych WIM. System znajduje się w Pracowni Alternatywnych Modeli Przedklinicznych Laboratorium Onkologii Molekularnej i Terapii Innowacyjnych.
Podobne systemy znajdują się w nielicznych jednostkach naukowych w Polsce: Centrum Transferu Technologii (CePT) Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego i Instytucie Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej PAN w Warszawie oraz na Uniwersytecie Jagiellońskim w Krakowie i Pomorskim Uniwersytecie Medycznym w Szczecinie. Większość z nich przeznaczona jest jednak do badań klinicznych, co uniemożliwia nawiązanie współpracy naukowej. Takich ograniczeń nie ma system znajdujący się w LOMTI/ WIM.
Wszystkich zainteresowanych prowadzeniem badań z użyciem opisanego sprzętu zachęcamy do kontaktu i współpracy!
Zespół LOMTI
komora robocza z inkubatorem
komora z mikroskopem odwróconym
