S projektom, ktorý má za cieľ nájsť liek na ochranu pred chronickým ochorením obličiek, získal Známku excelentnosti MSCA.
Farmaceut Dalibor Nakladal. Foto: Koen Hendriks
Známka excelentnosti Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) sa udeľuje v rámci prvého piliera programu Horizont Európa výskumným a inovatívnym projektom, na ktoré nevyšiel rozpočet, ale získali vysoké hodnotenie. „Jej udelením Európska únia svojim členským štátom hovorí, že stoja za to, aby ich podporili,“ vysvetlila nedávno v rozhovore Slovensko konečne podporí vedecké projekty so Známkou excelentnosti MSCA pre Vedu na dosah Zuzana Reptová z Národnej kancelárie Horizontu.
Dalibor Nakladal vyštudoval farmáciu na Univerzite Komenského (UK) v Bratislave a sedem rokov pôsobí v Holandsku v Univerzitnom lekárskom centre Groningen (UMCG) na oddelení klinickej farmácie a farmakológie, kde vedú experimentálny výskum profesor Rob Henning a doktor Leo Deelman. Na UMCG vypracoval dizertačnú prácu z farmakológie, pričom titul PhD. obhájil na Slovensku, úspešne dokončil dve postdoktorandské obdobia a aktuálne dokončuje druhú dizertačnú prácu v interdisciplinárnom odbore známom ako Life Sciences (vedy o živej prírode – odbory venované štúdiu biologického života, ako aj vnútorných a vonkajších podmienok potrebných na jeho pokračovanie – pozn. red.)
V rozhovore približuje:
- prečo chce vyvinúť liek, ktorý by u pacientov s cukrovkou aktivoval enzým cystationín-beta-syntáza (CBS);
- ako mu pri tom môžu pomôcť dostupné knižnice molekúl;
- čo zahŕňa predklinická fáza testovania nového liečiva a za akých podmienok môže liečivo postupovať do vyšších fáz testovania;
- či sa už pri ranom vývoji liečiva myslí na vedľajšie účinky, ktoré by mohlo vyvolávať;
- čo ho zaujalo počas práce v zahraničí.
Cukrovka pacientom často poškodzuje obličky natoľko, že musia podstupovať podpornú liečbu v podobe dialýzy, prípadne transplantáciu. Liek, ktorý chcete vyvinúť, by tomu mal predchádzať. Prečo vás zaujala práve liečba cukrovky?
Ak mám byť úprimný, v prvom rade sa náš výskum v UMCG špecializoval na enzým cystationín-β-syntáza (CBS), ktorý zohráva dôležitú úlohu v metabolizme sírových aminokyselín a v ochrane orgánov pred oxidačným stresom. O enzýme CBS je známe, že práve u pacientov s diabetom je menej aktívny. Poškodenie obličiek v diabete nastáva z významnej časti oxidačným stresom a cielenie CBS novým liečivom-aktivátorom by posilnilo tvorbu ochranných sírových antioxidantov glutatiónu a sírovodíka (H2S).
Čiže CBS zohráva rolu aj pri iných ochoreniach?
Áno, aktivácia CBS by mohla pomôcť aj pri pľúcnych ochoreniach. V prípade rakoviny hrubého čreva je aktivita CBS príliš vysoká a musí sa brzdiť. V spojitosti s Downovým syndrómom vzniká genetické predávkovanie CBS, pretože gén pre CBS sa nachádza na 21. chromozóme (Downov syndróm spôsobuje kópia 21. chromozómu navyše – pozn. red.). Poznáme preto už kontraindikácie (príčiny vylučujúce použitie liečiva – pozn. red.) pre budúci liek, ktorý by aktivoval CBS.
Je známe, že vývoj lieku trvá viac než desať rokov a musí prejsť niekoľkými klinickými testami. Ako vyzerá začiatok jeho hľadania?
Lieky sa vyvíjajú v predklinickej fáze a v troch fázach klinických skúšok. Pohybujem sa v predklinickej fáze a pripravujem projekt na realizáciu v Bratislave vo Vedeckom parku Univerzity Komenského (UK) v Jednotke klinického výskumu, ktorú vedie profesor Ján Kyselovič a je súčasťou V. internej kliniky Lekárskej fakulty UK, kde je prednostom profesor Juraj Payer. Vo výskume by nám radili holandskí partneri, ktorí majú s touto fázou bohatú skúsenosť.
Najprv musíme identifikovať receptor alebo cieľ pre liečivo, v našom prípade enzým CBS. Následne musíme spomedzi miliónov známych molekúl objaviť liečivo, ktoré by CBS aktivovalo. Účinnosť liečiva sa preukáže na izolovanom CBS a následne na bunkách, čím sa naplní cieľ môjho projektu. Ak sa preukáže bezpečnosť liečiva na bunkách, bude sa skúšať účinnosť a bezpečnosť na aspoň dvoch zvieracích modeloch.
Lieky sa dnes objavujú aj pomocou superpočítačov, ktoré z dostupných liečiv vyselektujú tie, ktoré by mohli byť pri danej diagnóze účinné. Zvolíte aj tento postup?
Je to jednou z našich stratégií. Existuje databáza SWEETLEAD. Tá zahŕňa okolo deväťtisíc registrovaných liečiv, ktoré sa dajú použiť na virtuálny skríning. Na superpočítači vieme simulovať väzbu liečiv z databázy na enzým CBS, vytriediť tie sľubné a následne ich otestovať v „labáku“. Takto by sme objavili nový, patentovateľný mechanizmus účinku registrovaného lieku, ktorý už podstúpil prísne klinické skúšky bezpečnosti.
Foto: Koen Hendriks
Stáva sa to bežne alebo je to skôr raritou? Aká je vaša šanca?
Táto stratégia, v angličtine známa ako stratégia Drug Repurposing (v preklade zmena účelu liečiva – pozn. red.), sa ukázala užitočná počas pandémie covidu. Príkladom je účinok lieku Remdesivir u hospitalizovaných pacientov. Pri hodnotení šance na úspech treba zohľadniť, že databáza s deviatimi tisíckami liečiv je malá.
Je aj iná možnosť?
Ďalšou možnosťou, ktorú využijeme, je virtuálny skríning s molekulami z databázy ZINC15. Ide o molekuly, ktoré sa ešte na liečbu nepoužili. A tých sú milióny. Okrem virtuálneho skríningu budeme robiť aj fyzický skríning knižníc liečiv. Spoločne s UMCG sa mi podarilo získať partnerstvo s European Lead Factory, ktorá pozostáva z farmaceutických firiem a univerzít z celej Európy. V súčasnosti prebieha program, v ktorom pomocou robotov odskúšajú účinnosť 550-tisíc liečiv na enzým CBS.
Aký čas zaberie hľadanie lieku pomocou virtuálneho modelovania a aký v druhom prípade pomocou robotiky?
Stroje sú rýchle. Superpočítač v Groningene mi nasimuloval deväť miliónov molekúl za štyri týždne. Roboty vedia vystrieľať zvukom a odskúšať svetlom 550-tisíc liečiv v priebehu piatich dní. Strojom však treba zadať dômyselné inštrukcie, aby sa maximalizoval úžitok z výsledkov a procesy bežali iba raz. Na každej aktivite sa podieľa tím, v prípade European Lead Factory je to desať expertov. Príprava na robotický skríning je kľúčová a musí spĺňať prísne kritériá, aj preto som cestoval do skríningového centra v Holandsku a pomohol im rozbehnúť našu technológiu. Pre ľudský faktor je na virtuálny aj na fyzický skríning vyčlenený v projekte jeden rok.
Existuje ešte nejaká ďalšia možnosť?
Keďže poznáme štruktúru enzýmu CBS, vieme navrhnúť a syntetizovať nové liečivá, ktoré by sa naň viazali. V porovnaní so skríningom knižníc liečiv, ktorý sa spolieha na náhodu, je toto cielený prístup, takzvaný racionálny dizajn liečiv.
Účinnosť nasyntetizovaného liečiva potom overíte na bunkových modeloch v laboratóriu?
Ešte predtým, ako prejdeme k bunkovým modelom, otestujeme ho na izolovanom enzýme CBS. Vyzerá to tak, že enzým pláva vo vode, my naň pridáme liečivo a meriame, či ho aktivujú alebo nie. Väčšina liečiv na trhu blokujú receptory, my však hľadáme liečivo, ktoré by CBS povzbudilo. Vieme tiež merať, či sa liečivo na enzým viaže alebo nie. Až keď nájdeme účinné liečivo, skúšame jeho efektivitu a bezpečnosť v bunkách. A až keď sa preukážu oba tieto parametre, môžeme testovať účinnosť na zvieracích modeloch.
V UMCG majú geneticky modifikované myši, ktorým enzým CBS pracuje slabo, čiže sú na tento účel vhodné. Predklinická fáza je však ešte širšia a pred vstupom do klinických skúšok musí splniť prísne kritériá. Na rôznych zvieratách, nielen na myšiach, sa testuje okrem účinnosti aj neškodnosť, bezpečnosť, navyšovanie dávky a to, ako organizmus liečivo spracuje a vylúči. Až potom môže liečivo postúpiť do 1. fázy klinických skúšok, kde sa u ľudí zisťuje iba to, či je bezpečné.
Foto: Koen Hendriks
Je to po prvýkrát, keď sa budete sústrediť na hľadanie liečby na ochranu orgánov poškodených cukrovkou?
V Groningene som pracoval na niekoľkých takto zameraných projektoch. V jednom z nich sme v spolupráci s dvomi firmami testovali nové liečivo na myšiach s cukrovkou. Ukázali sme, že priamy antioxidačný účinok liečiva chránil cievy a obličky. Okrem antioxidačného účinku však konkrétne mechanizmy tohto liečiva neboli v štúdii známe. Môj projekt má posunúť dané výsledky o krok ďalej tým, že poskytne nové liečivo, ktoré by konkrétne vytýčeným mechanizmom povzbudilo diabetické telo, aby si tvorilo vlastné antioxidanty.
Lieky na civilizačné ochorenia, akým je aj cukrovka, isto hľadajú výskumné tímy na celom svete. Zohrávalo to úlohu, keď ste uvažovali o možnostiach namodelovania nového lieku?
Áno. Napriek úspechu moderných diabetických liečiv pretrváva problém poškodenia obličiek a súvisiace ekonomické i ľudské následky. Naša inovácia spočíva v cielení enzýmu CBS na ochranu obličiek. Vďaka dostatočnému množstvu vedeckej literatúry, ktorá podporuje tento nápad, som vedel získať projekt European Lead Factory a MSCA Známku excelentnosti. Výhodou nápadu je tiež vývin kauzálnej liečby, teda cielenie podstaty nedostatočnej tvorby antioxidantov.
Každý liek má aj vedľajšie účinky. Ukazujú sa už v počiatočných štádiách výskumu alebo až neskôr?
Myslíme aj na to. Pri niektorých liečivách, ktoré sme už nasyntetizovali, dochádza k metylácii DNA, čo je jeden zo spôsobov, ktorými sa regulujú gény. Preto budeme už v skorom štádiu navrhovať liečivá tak, aby k nej nedochádzalo, čím sa vyhneme súvisiacim nežiaducim účinkom. Vieme tiež, že povzbudenie enzýmu CBS by nebolo vhodné pri rakovine hrubého čreva, takže pacientom s týmto ochorením by sa naše liečivo vôbec nesmelo podávať. Ako som už spomínal, každé liečivo musí prejsť skúškami bezpečnosti a neškodnosti. Dobrou správou je, že to vieme do určitej miery ovplyvniť už teraz.
Pozrite si
Už siedmy rok pôsobíte v Univerzitnom zdravotníckom centre v Groningene, študovali ste aj na Nova Southeastern University na Floride. Zaujalo vás na nich niečo, čo by mohlo byť prospešné aj vo výučbe na Slovensku?
Vo štvrtom ročníku štúdia farmácie som bol na šesť mesiacov na Floride. Kým na UK sme mali veľa praktických cvičení v laboratóriách, škola farmácie na Floride bola orientovaná klinicky. Znamená to, že sme sa zamýšľali nad tým, ako by sa mali nastaviť liečebné režimy v konkrétnych prípadoch pacientov. Neboli sme síce pri skutočných pacientoch, ale profesori ich hrali a my študenti sme ako lekárnici kládli „pacientom“ otázky a v tíme upravovali ich terapeutický režim. Nebol som na to pripravený a testy boli pre mňa ťažké. Nova Southeastern University však mala doučovací systém a starší študenti s najvyšším prospechom mi vysvetlili, ako na to. Tiež sme mali testy priamo na prednáškach pomocou hlasovacích zariadení. Túto technológiu neskôr zaviedli aj na Farmaceutickej fakulte UK v Bratislave.
Na holandských vedcoch ma fascinuje samozrejmosť kooperácie. Nielen medzi oddeleniami jednotlivých inštitúcií, ale aj medzi skupinami z rôznych miest a medzi univerzitami a firmami. Vedia rýchlo nájsť jednoduchú cestu od bodu A do bodu B. Vzájomné prepojenie vytvára robustnú sieť a kultúru, vďaka ktorým vedia vygenerovať vynikajúce vedecké výsledky s vysokou časovou efektivitou.
Doposiaľ Slovensko nemalo systém, ktorý by umožňoval podporu projektov so Známkou excelentnosti, až tento rok majú šancu byť podporené z prostriedkov Agentúry na podporu výskumu a vývoja (APVV). Viem, že sa o ňu budete uchádzať.
Je to skvelá správa. Veľmi sa teším, že MSCA projekty so Známkou excelentnosti dostanú šancu na Slovensku. V Holandsku mám skvelé podmienky a som si vedomý zahraničných podporných schém pre MSCA Známky excelentnosti. Chcem sa však vrátiť s projektom na Slovensko, považujem to za príležitosť začať niečo nové, láka ma zmena a život v blízkosti rodiny. Ak by sa to podarilo, z dlhodobého hľadiska mám za cieľ rozvíjať predklinický vývin liečiv a rozšíriť domácu a medzinárodnú sieť akademických a priemyselných partnerov.
