Innowacyjne podejście do badania interakcji komórek skóry

Skóra narażona jest na uszkodzenia, promieniowanie UV oraz patogeny i alergeny. W jej skład wchodzi wiele typów komórek, w tym keratynocyty, melanocyty, fibroblasty i mastocyty. W tej złożonej strukturze jaką jest skóra, zachodzi wiele interakcji między komórkami, a ich współdziałanie przyczynia się do prawidłowego funkcjonowania tej tkanki. W stanach patologicznych równie ważne okazują się być interakcje międzykomórkowe, które w przypadku wystąpienia m.in. transformacji nowotworowej mogą stymulować lub hamować wzrost nowotworu. Jedną z istotnych interakcji jest wpływ mastocytów na inne typy komórek. Tymi właśnie procesami zainteresowała się dr inż. Anna Sobiepanek z Wydziału Chemicznego PW.

Poster konferencyjny

– Moje doświadczenie zdobyte podczas realizacji pracy doktorskiej z wykorzystania metod biofizycznych do diagnostyki in vitro komórek czerniaka wykonywanej pod opieką profesora Tomasza Kobieli na Politechnice Warszawskiej oraz późniejszy staż zagraniczny w grupie zajmującej się badaniami nad mastocytozą profesora Markusa Maurera z Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie na Charité - Universitätsmedizin w Berlinie , pozwolił mi wytyczyć nową, własną ścieżkę naukową, zainspirowaną zdobytym doświadczeniem – mówi dr Sobiepanek.

W ramach grantu badawczego BIOTECHMED-2 Start z Centrum Badawczego POB Biotechnologia i inżynieria biomedyczna zespół naukowców, pod kierownictwem dr Sobiepanek, złożony z przedstawicieli Wydziału Chemicznego PW, Centrum Zaawansowanych Materiałów Technologii (CEZAMAT) oraz Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, podjął się zbadania interakcji zachodzących pomiędzy mastocytami i wybranymi typami komórek, w tym: keratynocytów, fibroblastów, melanocytów, a także komórek raka kolczystokomórkowego oraz czerniaka. Obecnie badania skupione są na dwóch ścieżkach badawczych: obserwacji mechanizmu degranulacji mastocytów w czasie rzeczywistymi i analizie wpływu metabolitów uwalnianych z mastocytów na pozostałe komórki występujące w skórze.

Innowacyjne rozwiązania

Naukowcy do analizy biofizycznej uwalniania się różnych mediatorów z mastocytów wykorzystują dwie nowoczesne techniki badawcze umożliwiające śledzenie zmian w komórkach w czasie rzeczywistym: mikrowagę kwarcową z funkcją śledzenia dyssypacji (QCM-D) oraz wieloparametrowy powierzchniowy rezonans plazmonów (MP-SPR). Dokładna analiza procesów fizjologicznych zachodzących w organizmie przeprowadzana tymi metodami ułatwi zrozumienie mechanizmów działania wielu procesów oraz wspomoże diagnostykę i leczenie patologicznych stanów skóry.

– Możemy obserwować co się dzieje w skórze chociażby pod mikroskopem, ale to co widzimy to tylko część informacji, które jesteśmy w stanie uzyskać – mówi dr Sobiepanek. – Nie wiemy po jakim dokładnie czasie komórki zaczynają reagować na uwalniane mediatory, na przykład wzmożoną produkcją białek. Nasze badania mają właśnie za zadanie to pokazać. Badamy co dzieje się w czasie rzeczywistym, a nie tylko jaki jest efekt końcowy danego procesu – wyjaśnia.

To nie jedyna innowacja w tym projekcie. Naukowcy postanowili przeprowadzić badania na różnego typu komórkach pochodzących wyłącznie od jednego, tego samego dawcy.

– Najczęściej badania laboratoryjne prowadzone są na liniach komórkowych pochodzących z banku komórek i w większości przypadków komórki pochodzą od różnych dawców – mówi dr Sobiepanek. – Przy komórkach izolowanych od jednego dawcy, a tym samym przy jednym profilu genetycznym komórek, możemy obserwować interakcje występujące między różnymi typami komórek zbliżone do rzeczywistych, pomimo że badania prowadzone są na modelu in vitro. To szczególnie istotne przy badaniu komórek immunologicznych takich jak mastocyty, które mając do czynienia z obcą komórką mogą wydzielać mediatory mające za zadanie eliminacje obcej komórki z otoczenia – tłumaczy.

Plany na przyszłość

W ramach grantu POB BIB badania prowadzone są obecnie na monowarstwie komórek (modele 2D), ale naukowcy już myślą o przyszłości i planują kolejne badania, które będą prowadzone na zaawansowanych modelach – kokulturowych w trójwymiarze. Dzięki opracowanym modelom ekwiwalentów skóry (zakończony grant rektorski dla kół naukowych o akronimie SKIN-ART, finansowany z programu „Uczelnia Badawcza - Inicjatywa Doskonałości”, kierownik projektu: dr inż. Anna Sobiepanek, wykonawcy: studenci Koła Naukowego Biotechnologów „Herbion” WCh PW) możliwe będzie sprawdzenie działania mediatorów na skonstruowanym modelu sztucznej skóry.

– Tego rodzaju badania należy zaczynać od modeli prostych, gdzie wpływ danego mediatora analizowany jest na pojedynczych hodowlach różnego typu komórek. Dzięki temu, wraz ze wzrostem skomplikowania modelu lub oddziaływania wielu mediatorów na raz, będzie możliwe dokładniejsze określenie zachodzących interakcji - mówi dr Sobiepanek.

-

Projekt „Charakterystyka biofizyczna oddziaływania mastocytów z innymi komórkami skóry podczas stanów zapalnych, alergii oraz progresji nowotworów” jest finansowany z grantu badawczego Centrum Badawczego POB Biotechnologia i inżynieria biomedyczna programu „Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza”, który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu badawczego:
dr inż. Anna Sobiepanek; dr hab. n.med. Monika Staniszewska (CEZAMAT); dr n.med. Aneta Ścieżyńska (WUM), dr hab. n.med. Ryszard Galus oraz doktorantki: mgr Marta Soszyńska (WUM), Adrianna Maria Piasek (PW) i studenci WCh PW: lic. Justyna Badowska, inż. Paulina Musolf, inż. Aleksandra Adamczak i Magda Gapińska.