Już na początku drogi zawodowej odnosi pan sukcesy. Dwukrotnie jako student zdobył pan Stypendium Ministra Zdrowia za wybitne osiągnięcia naukowe w zakresie biologii medycznej. W roku 2021 otrzymał pan stypendium w zakresie nauk biologicznych i medycznych im. Ludwika Hirszfelda. Jak to było z Pana wyborem studiów medycznych?

Moja mama, gdy byłem mały, pracowała jako pielęgniarka na oddziale pediatrycznym. To był mój pierwszy medyczny elementarz. Jako nastolatek interesowałem się biologią i chemią, a następnie medycyną, co zaspokajało mój głód poznawczy. W czasie studiów dotarł do mnie wymiar kliniczny i humanistyczny medycyny. Teraz zgłębiam jego tajniki w onkologii i hematologii dziecięcej. 

Promotor Pana pracy doktorskiej o tytule: „Sonoporacja jako nowoczesna metoda modulacji błon komórek nowotworowych przewodu pokarmowego w terapii przeciwnowotworowej" podkreśla jej potencjalne implikacje kliniczne w przezwyciężaniu zjawiska oporności wielolekowej MDR w komórkach nowotworowych. Skąd wziął się pomysł na ten temat?

Laboratorium, w którym obecnie prowadzę większość badań, zajmuje się elektroporacją, czyli zastosowaniem pola elektrycznego do wymuszonej, tymczasowej permeabilizacji błon komórkowych komórek nowotworowych. O sonoporacji – „dziurawieniu” błon komórek nowotworowych przy użyciu ultradźwięków w celu wprowadzania do nich np. leków – usłyszałem trzy lata temu na konferencji poświęconej elektroporacji. Nowoczesny sprzęt zakupiony ze środków grantu zapewnia mi precyzyjną kontrolę jej parametrów.

Efekt sonoporacji osiąga się kilkoma metodami. Którą z nich Pan stosuje?

W moich badaniach kontrolowaną (krótkotrwałą, wymuszoną falami ciśnienia) permeabilizację błony komórkowej wywołują ultradźwięki o konkretnej mocy. Do nasilania tego zjawiska używam mikropęcherzyków, naprzemiennie powiększających się i zmniejszających pod wpływem fal dźwiękowych. To z kolei umożliwia wysokowydajny transport genów i leków do komórek nowotworowych, a w ślad za tym obniżenie dawki leków (tym samym ich ogólnej toksyczności). Przy udziale fal dźwiękowych mogę w sposób ukierunkowany i selektywny wprowadzać duże dawki jonów wapnia do wnętrza komórek, które są niezwykle ważnym przekaźnikiem wewnątrzkomórkowym, regulującym m.in. procesy apoptozy. Na podstawie dostępnej literatury można przypuszczać, że połączenie wyższych stężeń wapnia z sonoporacją pozwala wywołać śmierć komórki przy udziale dwóch potencjalnie nietoksycznych zjawisk.

Dotąd zajmowałem się gruczolakorakami okrężnicy i trzustki (publikacja wyników wkrótce). Udało mi się udowodnić, że połączenie ultradźwięków, mikropęcherzyków i jonów wapnia pozwala na wywołanie poważnych zaburzeń w funkcjonowaniu mitochondrium, prowadząc do apoptozy komórek nowotworowych. Kolejne dwa lata doktoratu chciałbym poświęcić badaniu zastosowania sonoporacji w częstym w populacji pediatrycznej mięsaku prążkowanokomórkowym. Do tej pory sonoporację badano in vitro i na modelu zwierzęcym, badań klinicznych poświęcono jej niewiele. Jedno z najbardziej znanych dotyczyło wykorzystania jej w nieresekcyjnym raku trzustki. Połączenie standardowej chemioterapii z jednoczasowym przyłożeniem głowicy USG z ustawionymi parametrami ultradźwięków o właściwych parametrach pozwoliło autorom zwiększyć dwukrotnie przeżywalność pacjentów. Ten efekt uzyskano w leczeniu nieoperacyjnego guza trzustki gemcytabiną wzmocnioną mikropęcherzykami (badaniu zarzuca się zbyt małą grupę pacjentów). Podobne wyniki zaobserwowano u pacjentów z glejakiem wielopostaciowym, u których dzięki ultradźwiękom w połączeniu z mikropęcherzykami naruszona została bariera krew-mózg, bez niekorzystnego wpływu na pacjentów wykrywalnego w badaniach radiologicznych (MRI) i klinicznych. Dodatkowo badania sonoporacji in vitro wykazały nasilenie indukcji apoptozy, stresu oksydacyjnego oraz modulację aktywności białek MDR, zwłaszcza przy zastosowaniu mikropęcherzyków. Dalsze badania nad parametrami jej i mikropęcherzyków mogą przyczynić się do poszerzenia zastosowań tej metody w leczeniu nowotworów, chorób neurologicznych czy terapii genetycznej i immunologicznej. W moim badaniu wykorzystanie nietoksycznych jonów wapnia pozwoliło indukować śmierć komórek niezależnie od oporności na chemioterapeutyki.

Czy punktem wyjścia Pana projektu badawczego była sonoporacja czy temat molekularnych mechanizmów odpowiedzialnych za MDR?

Moje badania miały odpowiedzieć na pytanie bardziej ogólne, w jaki sposób ultradźwięki oddziałują na błony komórek nowotworowych i czy indukowane zmiany wpływają na wrażliwość komórek na chemioterapeutyki. Dotąd w Polsce nie było takich badań na modelu in vitro. Bardzo chciałbym kontynuować je na modelu zwierzęcym, jeśli pozwoli na to finansowanie w ramach grantu.

Czy to prawda, że sonoporacja rzadko staje się przedmiotem badań?

Znam tylko kilka publikacji donoszących, że ekspozycja komórki na ultradźwięki modyfikuje zjawisko MDR. Po takiej ekspozycji maleje ekspresja jednego z najbardziej znanych białek odpowiedzialnych za zjawisko MDR – P-glikoproteiny. W przyszłym roku chciałbym porównać reakcję komórek opornych i wrażliwych na chemioterapeutyki w efekcie ich ekspozycji na ultradźwięki. Z opublikowanych badań wiadomo, że użycie sonoporacji w terapii raka piersi pozwala wyhamować oporność komórek raka. Chciałbym zbadać taką szansę w raku okrężnicy.

Kiedy pojawiło się u Pana zainteresowanie onkologią dziecięcą?

Na drugim roku studiów jako wolontariusz w klinice onkohematologii dziecięcej przy ul. Bujwida we Wrocławiu wykorzystywałem wrodzone „zacięcie dydaktyczne” do pomagania dzieciom w nauce. Chciałem też sprawdzić, jak funkcjonuję w takim środowisku, także psychicznie. Sam siebie zaskoczyłem, całkiem dobrze odnajdując się w świecie onkologii dziecięcej. W kolejnych latach na uczelni nie dałem się „nawrócić” na onkologię dorosłych. Na piątym roku w ramach praktyk z pediatrii w „Przylądku Nadziei” dr Jadwiga Węcławek szerzej uchyliła mi drzwi do tego świata. Spędziłem w Ośrodku lwią część stażu podyplomowego i postanowiłem się z nim związać. Zaczynam jako pediatra, w planach mam specjalizację z onkologii dziecięcej i zostanie ekspertem w obu tych dziedzinach. Nie bez nadziei na pomoc wspaniałych pracowników tej Kliniki.

Promotor podkreśla Pana „umiejętność wszechstronnej pracy laboratoryjnej”. Skąd się wzięła?

Już cztery lata w laboratorium pogłębiam rozumienie procesów biologicznych i molekularnych podstaw funkcjonowania organizmów w ramach biologii medycznej – spragniony zajęć wymagających kreatywności, rozwiązywania jakiegoś problemu badawczego, eksperymentowania. I w ten sposób po prostu wpadłem po uszy, zakochałem się w nauce.

Nie umiem powiedzieć, dlaczego, ale laboratorium mnie uspokaja, sprawia, że zapominam o bożym świecie. Nawet gdy mi coś nie wychodzi, co mnie oczywiście frustruje, próbuję optymalizować doświadczenie do oporu i jednak uzyskać powtarzalne wyniki. Uprawianie nauki to nie podążanie od doświadczenia do doświadczenia, nauka to pole minowe. A mimo to – czysta frajda. 

Porozmawiajmy o Pana drugiej frajdzie – astrobiologii. 

Z kolegą z Politechniki Wrocławskiej w 2017 r. wysłałem poza ziemską troposferę żywe komórki nowotworowe. Razem dostaliśmy się do półfinału europejskiego konkursu Odysseus Space Contest. Założyłem grupę badawczą (lekarze, genetycy i inżynierowie z wrocławskich uczelni) ARES (Astrobiology Related Experiments and Simulations) i wziąłem udział w pionierskich projektach naukowych nt. funkcjonowania komórek nowotworowych w warunkach nienaturalnej grawitacji. Badania wsparte m.in. przez Europejską Agencję Kosmiczną (European Space Agency, ESA), kontakt z ekspertami i badania nad zmienną grawitacją zaowocowały międzynarodowymi projektami w dziedzinie astrobiologii. Zostając wiceprezydentem komitetu SELGRA (Students’ chapter of European Low Gravity Research Association), zaangażowałem się w popularyzację astrobiologii w środowisku akademickim. 

Astrobiologia „siedzi we mnie” jeszcze głębiej niż medycyna. O mało nie wybrałem astrofizyki jako kierunku studiów. Ponieważ podobały mi się i astronomia, i biologia, szukałem ich wspólnego mianownika. I tak z kolegą z Politechniki Wrocławskiej stworzyliśmy eksperyment z materiałem biologicznym w warunkach stratosfery – 30 tys. m. nad powierzchnią Ziemi w miejscu o warunkach zbliżonych do panujących na powierzchni Marsa. Wyniki doświadczeń opublikowaliśmy. Praca nad tym projektem nauczyła mnie zasad uprawiania nauki i metodologii projektowania tego rodzaju eksperymentów. Projekt doświadczenia „HyperCells” został zaakceptowany przez naukowców z ESA Academy do realizacji w ramach międzynarodowego konkursu Spin Your Thesis 2019. We współpracy z ESA miał on wyjaśnić, w jaki sposób grawitacja oddziałuje na komórkę nowotworową i wpływa na zjawisko oporności wielolekowej (MDR). Z wcześniejszych badaniach wiedziałem, że odpowiedź fizjologiczna komórek nowotworowych na bodziec, jakim jest grawitacja, jest odmienna niż w przypadku komórek zdrowych, co może mieć zastosowanie terapeutyczne. A także – że zmieniona grawitacja może promować śmierć komórek i uwrażliwiać je na działanie cytostatyków. My w naszym eksperymencie poszliśmy krok dalej, sprawdzając, czy te doniesienia są też słuszne w odniesieniu do komórek o udokumentowanej oporności na chemioterapeutyki. Uzyskaliśmy możliwość przeprowadzenia doświadczeń w warunkach hipergrawitacji w specjalnej wirówce Large Diameter Centrifuge w Holandii (przyspieszenia w niej osiągane wynoszą od 1 do 20 g). Po roku przygotowań i konsultacjach z ekspertami ESA, przeprowadziliśmy eksperymenty w tym urządzeniu. Dodatkowo, w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, sprawdzaliśmy, jak na komórki oddziałuje symulowana mikrograwitacja. Potem w Polsce poddaliśmy analizie zabezpieczone próbki i materiał biologiczny, a raport z wyników wysłaliśmy do ESA. Obecnie przygotowujemy jego publikację.

Jakie znaczenie praktyczne mają opisywane „kosmiczne" badania?

Wykorzystując „pozaziemskie” środowisko, szukamy słabych punktów w komórkach nowotworowych jako potencjalnych celów dla nowych leków. Dotychczasowe publikacje donoszą o większej ich wrażliwości w warunkach nienaturalnej grawitacji na chemioterapeutyki, ale nie mówią dlaczego. Projekt „HyperCells” miał odpowiedzieć na to pytanie, na podstawie doświadczeń w warunkach hiper- i mikrograwitacji i analizy ekspresji wybranych genów, regulujących konkretne elementy ze szlaku oporności wielolekowej.

Mamy podstawy by sądzić, że w warunkach zmienionej grawitacji cytostatyki działają bardziej toksycznie wobec komórek nowotworowych i że jest to związane z zaburzeniem funkcjonowania szlaków odpowiedzialnych za MDR. Być może to odkrycie przyczyni się do głębszego zrozumienia mechanizmów oporności wielolekowej nowotworów oraz ułatwi opracowanie innowacyjnych terapii w onkologii. 

Czy astrobiologia to druga nitka zainteresowań naukowych czy może bardziej hobby?

I jedno, i drugie. Jest to dość wąska nauka. Działając tylko w niej, nie mógłbym się w pełni realizować naukowo. Dziś w moich badaniach skupiam się na modyfikowaniu zjawiska MDR z wykorzystaniem „ziemskiej” sonoporacji i warunków „pozaziemskiej” nienaturalnej grawitacji. Rozważamy złożenie do ESA w przyszłym roku kolejnej propozycji eksperymentu w warunkach mikro- lub hipergrawitacji.

Czy popularyzacja wiedzy uzyskanej z badań pozaziemskich jest kolejną sferą w orbicie Pana zainteresowań?

Nic nie cieszy mnie tak bardzo jak rozmowa o Układzie Słonecznym, o cyklu życiowym gwiazd i o ich pięknie. Dzielenie się doświadczeniem z uprawiania nauki (jest ciekawa, pozwala się rozwijać, uczy współpracy, prowadzenia badań, rozwiązywania problemów) daje mi wielką satysfakcję. Jak wielu moich znajomych, kocham przesiadywanie w laboratorium do wieczora, po wyjściu z niego jestem zmęczony, ale szczęśliwy. Potwierdzenie wyjściowej tezy daje mi dziką satysfakcję.

Czego uczy patrzenie na świat w mikroskali komórki i makroskali kosmosu?

Przede wszystkim poszerzamy horyzonty. Ludzki umysł łatwiej sobie wyobraża duże rzeczy. Mnie także bardziej fascynuje skala makroobserwowalnego z Ziemi wszechświata – obraz Słońca czy gwiazd. Trudniej mi sobie wyobrazić cząstki w skali nano w komórkach. Jednak i ten kosmos ma swoje piękno – doskonałość biologicznych bytów, „zaprogramowanych” językiem chemii do życia, dzielenia się, reagowania na bodźce środowiska, przepisywania na kolejne kopie swojego materiału genetycznego. Nie umiem tych ziemskich drobin i elementów kosmosu porównywać i ładnie ich opisywać – jestem tylko naukowcem. Patrząc na niebo czy przez mikroskop na komórkę, chcę je tylko obserwować i tym się rozkoszować. 

Możliwość badań współcześnie bardzo się poszerzyła m.in. o techniki: nanotechnologię, mikrobiologię, a także o sztuczną inteligencję czy nauki kognitywne. One także pana fascynują?

Raczej zdaję sobie sprawę z nieustannie przesuwanych – także dzięki technice – granic poznania oraz problemów wynikających z nadmiaru informacji. Ale głównie doceniam w uprawianiu nauki interdyscyplinarną współpracę. Na początku trudno mi było porozumieć się z inżynierami, tłumacząc moje potrzeby ze znanego języka biologii na nieznany mi język techniczny. Gdy się to udało, razem zrobiliśmy świetne rzeczy. Trzeba też znać własne ograniczenia, umieć rozpoznawać i uznawać swoje błędy. A gdy brakuje nam narzędzi, zwracajmy się o nie do innych. Jeśli np. miałbym użyć nanocząsteczek jako nośników związków biologicznie aktywnych, wezwałbym nanotechnologów.

Jest pan w „połowie grantu”, na początku naukowego rozwoju, na początku rezydentury w pediatrii. Co będzie potem?

Najbliższe dwa lata poświęcę badaniom nad MDR i sonoporacją. Rozpocząłem specjalizację z pediatrii, planuję ukończenie doktoratu. Chciałbym na kilka miesięcy wyjechać na zagraniczne stypendium, poszerzać horyzonty naukowe w zakresie klinicznym lub laboratoryjnym. Sukcesy, które tu omawialiśmy, zawdzięczam wsparciu moich opiekunów naukowych z Uniwersytetu Medycznego. Jestem im niezmiernie wdzięczny! Mam nadzieję, że w „Przylądku Nadziei” uda mi się rozwinąć nie tylko naukowo, ale przede wszystkim klinicznie. Ufam, że będę mógł też rozwijać moje pasje i przy tym korzystać z poznawczej synergii. 

Fot.: Archiwum prywatne
Rozmawiała: Ewa Biernacka