Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Dvojna narava matičnih celic v raku in njihova uporaba v zdravljenju

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.03.00  Naravoslovje  Biologija   

Koda Veda Področje
B001  Biomedicinske vede  Splošne biomedicinske vede 

Koda Veda Področje
3.01  Medicinske in zdravstvene vede  Temeljna medicina 
Ključne besede
Bioinformatika (Degradome, Migratom, Metabolomika, Proteomika,Transkriptomika), Glioblastom, Matične celice (mezenhimske, neuralne, tumorske) , Proteaze
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (19)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  31249  dr. Ana Bizjak Torkar  Biotehnologija  Raziskovalec  2011  16 
2.  29946  dr. Anja Bubik  Varstvo okolja  Mladi raziskovalec  2011 - 2012  89 
3.  08327  dr. Kristina Djinovic Carugo  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2012 - 2014  346 
4.  25530  dr. Petra Draškovič  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2011 - 2014  59 
5.  22616  dr. Tina Eleršek  Biologija  Raziskovalec  2012 - 2014  256 
6.  12688  dr. Kristina Gruden  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  983 
7.  29297  dr. Katja Kološa  Biologija  Tehnični sodelavec  2011 - 2014  38 
8.  27916  dr. Marjan Koršič  Nevrobiologija  Raziskovalec  2011 - 2014  197 
9.  07802  dr. Tamara Lah Turnšek  Biologija  Vodja  2011 - 2014  1.018 
10.  03422  dr. Brigita Lenarčič  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2011 - 2014  337 
11.  14676  dr. Igor Mekjavić  Srce in ožilje  Raziskovalec  2011 - 2014  1.276 
12.  21397  dr. Helena Motaln  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2011 - 2014  205 
13.  32098  dr. Neža Podergajs  Farmacija  Raziskovalec  2011 - 2014  21 
14.  20345  dr. Uroš Rajčević  Onkologija  Raziskovalec  2011  117 
15.  27503  dr. Ana Rotter  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  328 
16.  07736  dr. Bojan Sedmak  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2011 - 2014  232 
17.  29635  Katja Stare  Biologija  Raziskovalec  2011 - 2013  86 
18.  19626  Rok Štravs  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  18 
19.  10974  dr. Irena Zajc  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2012  134 
Organizacije (5)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0103  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo  Ljubljana  1626990  23.325 
2.  0105  Nacionalni inštitut za biologijo  Ljubljana  5055784  13.331 
3.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.046 
4.  0158  BIA podjetje za laboratorijsko in procesno opremo d.o.o. Ljubljana  Ljubljana  5327601  18 
5.  0312  Univerzitetni klinični center Ljubljana  Ljubljana  5057272000  76.640 
Povzetek
Glioblastoma multiformae (GBM) je eden najbolj smrtnih oblik raka z mediano preživetja okrog 12 mesecev. Novejše teorije nastanka raka opisujejo nastanek malignega tkiva iz tumor inicirajoče celice, ki ima lastnosti podobne matičnim celicam – to je glioblastomske matične celice (GMC). Selektivno ciljno uničenje teh celic, z uporabo infiltrirajočih mezenhimskih matičnih celic (MMC), predstavlja nov možni način zdravljenja GBM.   Del A: Proteom GMC – PM povezani proteinski označevalci Za raziskovalno in klinično uporabo nujno potrebujemo nove proteinske označevalce celic GMC s katerimi bo mogoče ločiti med celicami GMC in normalnimi nevralnimi matičnimi celicami (NMC). Ti označevalci bodo uporabni za diagnozo in prognozo preživetja pacientov, hkrati pa bodo lahko služili kot tarče za bolj učinkovito terapijo. Ker zanesljivi označevalci še niso znani, predlagamo uporabo proteomike na izoliranih proteinih iz plazemske membrane (PM) za določitev prstnega odtisa GMC. Natančneje: 1. Naš namen je razkriti PM-proteom z metodo proteomike geLC-MS v sferoidih GBM (tumorosferah), izoliranih iz humanih GBM biopsij, ki so močno obogatene z GMC in jih primerjati s sferoidi NMC (nevrosferami). Testirani sferoidi bodo gojeni v gojišču s serumom in brez seruma. 2.  Izraženi proteini tumorosfer, ki se bodo statistično značilno različno izražali v nevrosferah bodo nato validirani na tkivnih mikromrežah (TMA), sestavljenih iz GBM vzorcev bolnikov. S tem bo določena diagnostična in napovedna vrednost novih označevalcev. Najbolj relevantni označevalci bodo testirani s funcijskimi testi in vitro in in vivo.   Del B: Fenotipska karakterizacija GMC Glavna značilnost GBM tumorjev je njihov infiltrativen tip invazije v okoliško tkivo. Predpostavlja se, da je migratorni fenotip GMC povezan z epitelno-mezenhimsko-preobrazbo (EMP), ki je sicer značilna za epitelijske tumorje. Predvidevamo, da do podobne reverzibilne preobrazbe iz stacionarnega v migratoren (invaziven) fenotip prihaja tudi pri celicah GMC in te spremembe želimo identificirati na ravni transkriptoma-degradoma in jih primerjati s PM-proteomom GMC. Natančneje: 1. Naš namen je primerjati transkriptom tumorosfer GMC s transkriptomom visoko migratornih nevrosfer NMC. »Mirujoč« transkriptom celic bomo primerjali z njihovim »aktiviranim migratornim« transkriptomom (migratomom) po stimulaciji EMP z (a) dodatkom seruma in (b) izpostavitvijo hipoksičnim pogojem, ki vladajov tkivnih nišah GMC. 2. Poseben poudarek bo na migratomu GMC, ki je povezan z degradomom (proteazami), z namenom odkriti signalne poti, ki povezujejo izražanje proteaz s procesom EMP. 3. Novi označevalci GMC (GMC-specifični & EMP-ključni) bodo validirani in funkcijsko potrjeni z utišanjem/izničenjem in biološko/kemično inaktivacijo v invazijskih testih. Posebna pozornost bo namenjena primerjavi s profilom PM-proteaz dobljenih pri analizi PM proteoma GMC(Del A).   Del C: Mikrookolje GMC– infiltracija z MMC Tumorsko mikrookolje vpliva na EMP/MEP. V mikrookolju GBM najdemo tudi MMC (gbMMC), ki lahko vplivajo na GMC. Interakcije med (KM)MMC iz kostnega mozga, gbMMC in GSC bomo analizirali in vitro in in vivo v živalskem modelu. Naš cilj je odkriti transkriptomski, metabolni in parakrini odziv ko-kultiviranih celic in vitro. Natančneje: 1. Raziskali bomo vpliv ko-kultivacije celic MMC(KM), gbMMC in GMC na njihov metabolni prstni odtis in odpornost na znane citotoksične substance. Predvidevamo, da nam bodo te razlike razkrile pogoje, v katerih nastopi inihibitoren učinek MMC na invazijo celic GMC. 2. Primerjalna analiza transkriptoma, miRNA, citokinov (Deli A, B in C) bo osredotočena na spremembe migratoma in degradoma celic GMC med EMP/MEP, ki jo v Delu C povzroča ko-kultivacija s celicami (gb)MMC. Učinkovitost interakcij MMC/gbMMC/GMC in vitro bo potrjena in vivo s poskusi i.v. vbrizganja označenih MMC v poskusne živali z GBM ksenografti. Stopnjo pričakovane regresije GBM bomo spremljali z moderno tehniko visok
Pomen za razvoj znanosti
Z različnimi pristopi je moč dobiti povsem nove še neodkrite specifične označevalce različnih tipov celic. Pomemben nov znanstveni pristop, ki smo ga mi ubrali v okviru tega projekta je povezovanje raziskav biologije tumorjev in matičnih celic s sistemsko biologijo. Z analizo izražanja genov, proteinov in regulatornih molekul ob različnih in vitro ustvarjenih pogojih, ki so podobni pogojem v samem tumorju in vivo, je namreč možno dobiti vpogled v biološke lastnosti glioblastomskih (GBM) celic v primerjavi z normalnimi nevralnimi celicami. S povezavo laboratorijskih raziskav na kliničnem materialu in celičnih kulturah (podatki iz t.i. »mokrega« laboratorijskega dela) z bioinformatiko (»suhega« laboratorijskega dela), smo uspeli identificirati nove označevalce za GSC in GBM celice na nivojih proteomike, transkriptomike in citokinskega profiliranja. Odkrite označevalce CD9, TRIM 28, Stefin A in katepsin K smo tudi okarakterizirali, ter in vivo validirali na manjši skupini pacientov, čaka jih še potrditev na večji skupini GBM pacientov za uspešen prenos v kliniko. Uspeli smo dokazati, da je tudi v plazmi bolnika z GBM možna detekcija tako diagnostičnih kot prognostičnih označevalcev in kot takega identificirali GNAO1. Slednji tip diagnostiki ter sledenja razvoja boleznije izrednega pomena za bolnike z GBM, saj serumska diagnostika spada med relativno ne-invazivne metod v primerjavi z odvzemom tumorskih biopsij. Zgoraj navedeni novi identificirani označevalci GSC in GBM utegnejo vplivati na napoved preživetja bolnikov z GBM in njihovo občutljivosti na zdravljenje. Obenem pa predstavljajo tudi nove tarče za razvoj bolj učinkovitih terapij za preprečitev ponovnega razvoja tumorskega obolenja. S sledenjem izražanju genov, proteinov, ter njihovih regulatornih molekul (citokinov, mikroRNA) in metabolnega stanja celic GBM in GSC v različnem okolju, (kot je npr. pomanjkanje kisika -hipoksija), je možno razviti kontrolo njihove invazivnosti, ki je ključna za širjenje GBM v normalno možganovino. Identifikacija genov in proteinov/proteaz, ki se pri reverzibilnem prehodu iz stacionarnega v migratorno stanje aktivirajo v GSC, je ključnega pomena za razumevanje in inhibicijo njihovih invazivnih lastnosti. Dokazali smo, da bi ciljno trajno znižanje aktivnosti CatL, zaradi sinergističnega delovanja znižanja CatL in določenih citotoksičnih učinkovin prišlo v poštev pri kombinirani terapiji možganskih tumorjev s kemoterapevtiki (v našem primeru arzenita). To nam je uspelo dokazati s povečano apoptozo celic GBM tako v 3D modelu U87 sferoida in vivo, kot v primeru organotipskih sferoidov pilocitnega astrocitoma, kjer pa učinek ni bil tako izrazit. V slednjih je namreč vpliv zaščite opazen s strani strome primarnega tumorja iz katerega ti sfeoridi izvirajo. Zaradi tega učinka znižanja CatL na apoptozo povzročeno z arzenitom, smemo ambicionzno predvidevati, da bi se ciljno zniževanje catL v človeškem možganskem tumorju lahko izrazilo v večji selektivni dovzetnosti tumorskih celic na kemoterapijo. Slednje bi omogočilo znižanje uporabljene doze toksičnih kemoterapevtskih učinkovin, zmanjšalo pojav negativnih stranskih učinkov citotoksičnih učinkovin in povečalo kvaliteto življenja rakavih bolnikov. Prav tako se je predpostavljalo, da lahko mezenhimske matične celice, po infiltraciji v GBM iz kostnega mozga, kjer postanejo del GBM mikrookolja (gbMMC) vplivajo na obnašanje celic GBM oz. GSC. S sistemskim pristopom smo sledili interakcijam GBM andGSC in MSC, v direktnih in indirektnih so-kulturah razkrili MCP1/CCL2, DKK1 in BDKRB1 molekularne mehanizme njihove interakcije, pomembna predvsem za uravnavanje invazije celic GBM s potencialom za uporabo v klinični onkologiji kot tarče za zdravljenje GBM.
Pomen za razvoj Slovenije
Izveden projekt je vključeval v medicini tako imenovane translacijske raziskave, ki težijo k prehodu rezultatov iz laboratorija v klinično uporabo za diagnozo in prognozo oz. določanje odziva na zdravljenje in so pomembne predvsem za razvoj novih tarčnih zdravil za bolnike z GBM. Naši rezultati so torej uporabni s treh vidikov: - za nadaljnji razvoj biomarkerjev matičnih celic GBM v onkologiji, ki ji lahko v prihodnosti slede patentne uporabe t.i. diagnostičnih kitov odziva na terapijo. Zelo obetavna, čeprav nekoliko oddaljena klinična aplikacija teh raziskav je možnost zdravljenja GBM z normalnimi neuroepitelijskimi ali mezenhimskimi matičnimi celicami (MSC). Obnašanje normalnih matičnih celic v tumorskem mikro-okolju so ovrednostile že mnoge študije in zanje je znano, da so same ali kot vektorji primerne za vnos zdravil v rakavo (GBM) tkivo. Število biobank, ki hranijo tkiva, obogatena z MSC za njihovo kasnejšo alogeno uporabo narašča in tako donorji kot tudi bolniki sami, pričakujejo in zahtevajo razvoj teh znanj, ki vzbujajo upanje za zdravljenje predvsem težko ali neozdravljivih, rakavih bolezni, kot je GBM. - ker do novih aplikacij na področju matičnih celic prihaja predvsem v manjših biotehnoloških podjetjih, ki razvijajo naprave, reagente in tehnologije, uporabne v raziskavah matičnih celic, je to še posebej dobro za Slovenijo. Predlagani rezultati projekta bodo prispevali k večji mednarodni poslovni prepoznavnosti našega inštituta (NIBa) ter posredno povečali možnosti za vključitev Slovenije v regionalni Evropski biotehnološki trg. Izvedene raziskave je podpiral tudi (na našo pobudo ustanovljen) Center za Matične Celice (glej http://www.nib.si/), ki bo tudi v prihodnje deluval kot prepoznavni posredovalec novih poslovnih zvez, vključno s partnerstvi vzpostavljenimi v okviru mednarodnega Interreg GLIOMA projekta (Center za genetsko inženirstvo in biotehnologije (ICGEB- Area di Recerca, v Padričah, Italija), Univerza v Vidmu in Univerzo v Trstu ter z Onkološkim centrom v Avianu). - tretji vidik se nanaša na izboljšanje razumevanja normalnih matičnih celic kot terapevtskih orodij za “napredne celične terapije”. Izraz je uveljavljen v Uredbi (EC) Št. 1394/2007 Evropskega parlamenta in Sveta o naprednih medicinskih pripomočkih, ki prav tako vključuje celične terapije in tkivno inženirstvo. Napredne celične terapije so nadaljevanje zdravljenja raka s presaditvijo kostnega mozga. Nov način tega pristopa je dovajanje MSC v tumor v kombinaciji z gensko terapijo (n.pr. genetsko spremenjene MSC). V večini razvitih držav so napredne celične terapije že del transplantacij, saj so tehnično in logistično dokaj nezahtevne. V Evropi so klinični poskusi celične terapije z MSC zaradi neustrezne kakovosti in stabilnosti terapevtskih matičnih celic še vedno v začetnih fazah (klinični poskusi I, II, III). V ZDA imajo celične terapije z matičnimi celicami nefarmakološki status in je proces odobritve s strani Administracije za hrano in zdravila (FDA) krajši kot za komercializacijo terapij s kemijskimi in biološkimi zdravili. Število in razpon kliničnih raziskav narašča po celem svetu, zato lahko pričakujemo, da bodo vsaj nekatere teh terapij raka v bližnji prihodnosti uspešne in bodo prišla na trg v naslednjih 5 letih tudi v Sloveniji, Tu pa moramo zaradi zahtevnih tehnologij uporabe pridobiti znanja. Slednje dosegamo s predlaganimi mednarodno vpetimi raziskavami na tem področju, ki tako prispevajo k širši uporabi in biološki varnosti prihodnjih terapij, osnovanih na matičnih celicah.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno