Badania naukowe

Nasze cele - w skrócie

Głównym celem badań prowadzonych w Pracowni Sensybilizatorów Biologicznych są (zgodnie z naszą nazwą) radio- i fotosensybilizatory DNA - związki zdolne uwrażliwić DNA na działanie promieniowania wysokoenergetycznego i UV. Dlaczego? Selektywne uwrażliwienie DNA komórek nowotworowych na działanie tychże czynników to szansa dla pacjentów chorych na zlokalizowane nowotwory na krótszą, bardziej efektywną i powodującą mniej skutków ubocznych radioterapię i terapię fotodynamiczną .
 

Znaczenie biologiczne

 Promieniowania X, γ czy β oddziałuje poprzez produkty radiolizy wody (rodniki HO• i H•) oraz innych molekuł obecnych w środowisku komórki, a także wtórne, niskoenergetyczne (1-20 eV) elektrony - główny produkt interakcji między wiązką jonizującą a wodą. Ostatnio wykazano, że niskoenergetyczne elektrony powodują więcej uszkodzeń nici DNA (pojedynczych i podwójnych pęknięć) aniżeli fotony promieniowania X.! (Z.Cai, P.Cloutier, D.Hunting, L.Sanche, J. Phys. Chem. B, 109, 4796 (2005)).

Organizm ludzki jest narażony na szkodliwe działanie promieniowania wysokoenergetycznego, a zatem niskoenergetycznych elektronów, w przypadku:

•     ekspozycji na wysokie dawki promieniowania - np. katastrofy ekologiczne, w których do środowiska naturalnego przedostają się znaczne ilości izotopów radioaktywnych,
•     ekspozycji na średnie i niskie dawki promieniowania - radioterapia chorób nowotworowych (np. bomba kobaltowa), diagnostyka medyczna z zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego (np. tomografia komputerowa).

Ponadto, w każdej chwili jesteśmy narażeni na toksyczne działanie niskoenergetycznych elektronów, gdyż przy naturalnym poziomie promieniowania w każdej komórce naszego ciała pojawia się średnio siedem niskoenergetycznych elektronów dziennie. (Martin, F.; Burrow, P.D.; Cai, Z.; Cloutier, P.; Hunting, D.; Sanche, L.; Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 068101)

Wyjaśnienie mechanizmu powstawania uszkodzeń DNA indukowanych przez niskoenergetyczne elektrony powinno doprowadzić do zaproponowania efektywnych środków ochrony organizmu przed szkodliwym działaniem promieniowania jonizującego.

Znacznie technologiczne

Nanotechnologia to techniki manipulowania materią na poziomie pojedynczych cząsteczek w celu wytworzenia struktur i urządzeń o rozmiarach nanometrowych.

Do najbardziej zaawansowanych produktów tej technologii należeć będą molekularne układy elektroniczne (do komputera włącznie), czyli urządzenia składające się z pojedynczych cząsteczek, zachowujących się np. jak tranzystory, połączonych polimerami przewodzącymi (ang. nanowires) spełniającymi rolę drutów molekularnych. Druty molekularne można wytwarzać już dzisiaj. Na rysunku obok przedstawiono przykład takiego układu, uzyskanego przez pokrycie pojedynczych cząsteczek amyloidu (białko) atomami złota.

DNA byłby idealnym, tanim, samoorganizującym się nanodrutem, gdyby nie jego brak odporności na nadmiarowy elektron.

Zrozumienie mechanizmu procesu pękania nici DNA powinno doprowadzić do syntezy chemicznie modyfikowanej biomolekuły, która byłaby niewrażliwa na wprowadzenie doń nadmiarowych elektronów; mogłaby zatem pełnić rolę przewodnika elektryczności - nanodrutu.

Metody badawcze

W ramach wyżej opisanej tematyki prowadzimy badania w kilku wątkach podzielonych wg indywidualnych zainteresowań członków zespołu. Badamy modyfikowany i natywny DNA, zaczynając od pojedynczych zasad czy nukleozydów, przez syntetyczne oligonukleotydy aż do DNA komórkowego (bakteryjne hodowle komórkowe), przy pomocy rozmaitych technik:

• PCR
• Real-Time PCR (ilościowy PCR)
• HPLC
• Spektroskopii mas
• Elektroforezy żelowej
• Naświetlań promieniowaniem UV i gamma
• Obliczeń kwantowochemicznych (głównie z zastosowaniem oprogramowania Gaussian)