Badania prowadzone przez zespół prof. Julity Kulbackiej pokazują, że zmiana warunków grawitacyjnych wpływa na funkcjonowanie komórek nowotworowych. W badanych modelach in vitro, komórki stają się bardziej podatne na działanie chemioterapii, a mechanizmy odpowiedzialne za oporność na leczenie ulegają osłabieniu. Choć droga od laboratorium do praktyki klinicznej jest jeszcze długa, wyniki otwierają nowy kierunek badań nad leczeniem nowotworów opornych na terapię.

Fizyka spotyka medycynę

Większość badań nad rakiem prowadzona jest w warunkach ziemskich. Tymczasem naukowcy z UMW sprawdzają, jak komórki nowotworowe reagują na zmianę jednego z najbardziej podstawowych bodźców mechanicznych, grawitacji.

Do tego celu wykorzystują urządzenia symulujące mikrograwitację w laboratorium (bioreaktory i klinostaty) oraz eksperymenty prowadzone w warunkach zbliżonych do pozaziemskich. Współpraca z Europejską Agencją Kosmiczną oraz udział w projektach z zakresu medycyny kosmicznej pozwalają prowadzić badania, które jeszcze kilkanaście lat temu wydawały się niemożliwe.

– Na co dzień w laboratorium w ogóle nie myślimy o grawitacji, bo jest tak oczywista, że staje się niewidzialna. Tymczasem dla komórki jest ona jednym z podstawowych sygnałów mechanicznych. Kiedy ten sygnał znika lub się zmienia, komórka zaczyna się przebudowywać, zmienia organizację cytoszkieletu, sposób kontaktu z otoczeniem i funkcjonowanie. Właśnie dlatego mikrograwitacja jest tak cennym narzędziem badawczym – wyjaśnia prof. Julita Kulbacka.

Mikrograwitacja pomaga przełamywać lekooporność 

Jednym z najciekawszych odkryć zespołu jest wpływ mikrograwitacji na komórki nowotworowe oporne na leczenie.

W badaniach nad komórkami raka żołądka naukowcy wykorzystali doksorubicynę. Wybrany model in vitro wykazywał mechanizmy odpowiedzialne za oporność na antracykliny, dzięki czemu możliwe było sprawdzenie, czy mikrograwitacja może osłabić mechanizmy lekooporności. Połączenie symulowanej mikrograwitacji i chemioterapii prowadziło do spadku ekspresji genów odpowiedzialnych za wielolekową oporność (MDR), wzrostu markerów uszkodzeń DNA oraz przebudowy cytoszkieletu.

W kolejnym badaniu zespół wykorzystał model raka jajnika opornego na cisplatynę. Po umieszczeniu komórek na klinostacie 3D naukowcy zaobserwowali zatrzymanie cyklu komórkowego, wzrost liczby obumierających komórek, większe uszkodzenia DNA oraz zahamowanie namnażania i ruchliwości komórek. Oznacza to, że mikrograwitacja i cisplatyna działały synergistycznie, wzajemnie wzmacniając swoje działanie.

– Nie chodzi wyłącznie o to, że komórki są bardziej wrażliwe na lek. Mikrograwitacja przebudowuje cytoszkielet, osłabia adhezję komórek oraz zmienia organizację błony komórkowej i tzw. tratw lipidowych. To właśnie w tych strukturach zakotwiczone są białka odpowiedzialne za wypompowywanie leków z komórki i rozwój oporności na leczenie. Mówiąc najprościej, mikrograwitacja rozregulowuje mechanizmy, na których opiera się lekooporność nowotworów – mówi prof. Julita Kulbacka.

Badania pozwalają nie tylko zwiększyć skuteczność działania leków w modelach doświadczalnych, ale przede wszystkim lepiej zrozumieć biologiczne mechanizmy odpowiedzialne za rozwój oporności wielolekowej – jednej z głównych przyczyn niepowodzeń współczesnej chemioterapii.

Jednocześnie badaczka podkreśla, że celem tych prac nie jest leczenie nowotworów w kosmosie. Mikrograwitacja stanowi przede wszystkim narzędzie badawcze, które pozwala lepiej zrozumieć zachowanie komórek oraz wykorzystać tę wiedzę do opracowania skuteczniejszych terapii na Ziemi. Równie ważne jest poznanie wpływu zmienionej grawitacji na zdrowe komórki oraz sposobu działania leków podczas przyszłych długotrwałych misji załogowych.

Technologie rozwijane z myślą o badaniach pozaziemskich 

Efektem badań są również nowoczesne platformy Lab-on-a-Chip. Zespół wykazał, że ludzkie komórki można hodować na szklanych platformach Lab-on-a-Chip w warunkach symulowanej mikrograwitacji oraz potwierdził biozgodność takiego rozwiązania. Powstałe we współpracy z naukowcami z Politechniki Wrocławskiej, Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN oraz Uniwersytetu Przyrodniczego miniaturowe laboratorium potrafi samodzielnie utrzymywać żywe komórki, kontrolować temperaturę, wilgotność, dopływ gazów i prowadzić pomiary bez udziału człowieka.

Naukowcy wskazują trzy najważniejsze kierunki rozwoju tej technologii.

Pierwszym jest szybka diagnostyka wykonywana bezpośrednio w miejscu opieki nad pacjentem, także tam, gdzie dostęp do dużego laboratorium jest utrudniony.

Drugim jest medycyna spersonalizowana. Platformy typu organ-on-a-chip mogą w przyszłości umożliwić sprawdzenie skuteczności różnych terapii na komórkach konkretnego pacjenta jeszcze przed rozpoczęciem leczenia.

Trzecim kierunkiem są autonomiczne systemy monitorowania zdrowia, projektowane pierwotnie z myślą o długotrwałych misjach załogowych, które mogą znaleźć zastosowanie również w telemedycynie i opiece nad pacjentami mieszkającymi z dala od wyspecjalizowanych ośrodków.

– Technologie rozwijane z myślą o przyszłych misjach bardzo często rozwiązują problemy, z którymi mierzymy się na Ziemi. Mikroukłady Lab-on-a-Chip mogą w przyszłości wspierać szybką diagnostykę, dobór terapii dla konkretnego pacjenta czy rozwój autonomicznych systemów monitorowania zdrowia – podkreśla prof. Julita Kulbacka.

Medycyna przyszłości rodzi się na styku nauk

Badania prowadzone przez zespół UMW łączą medycynę, biologię, inżynierię, mikroelektronikę oraz technologie związane z badaniami pozaziemskimi.

Klinostat 3D wykorzystywany w eksperymentach został opracowany przez inżynierów, platformy Lab-on-a-Chip powstały we współpracy ze specjalistami od mikrosystemów, a projekt LabSat jest efektem współpracy Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu, Politechniki Wrocławskiej, Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN oraz firmy SatRevolution.

– Biolog wie, o co zapytać komórkę. Inżynier potrafi zbudować urządzenie, które to pytanie zada. Informatyk zamienia odczytany sygnał w dane, które umiemy zinterpretować. Największe przełomy medyczne będą rodzić się właśnie na styku biologii, mikroelektroniki, sztucznej inteligencji i technologii kosmicznych – mówi prof. Julita Kulbacka.

Badaczka, współautorka „Strategii Kosmicznej Województwa Dolnośląskiego 2026–2035”, podkreśla, że rozwój medycyny kosmicznej został wskazany jako jeden z obszarów, w których Polska, a szczególnie Wrocław, ma realny potencjał rozwoju. To sygnał, że badania prowadzone na styku wielu dyscyplin są postrzegane jako element budowania trwałych kompetencji naukowych i technologicznych.

Korzyści dla wszystkich

Choć badania wykorzystują warunki mikrograwitacji, ich celem nie jest leczenie ludzi w przestrzeni kosmicznej.

– Kiedy pytamy, czy jesteśmy gotowi na podróż człowieka w kosmos, tak naprawdę pytamy o osteoporozę, zaniki mięśniowe, starzenie się komórek czy oporność nowotworów na leczenie. Mikrograwitacja przyspiesza i uwypukla procesy, z którymi mierzymy się na Ziemi każdego dnia. Dlatego wiedza zdobywana podczas takich badań wraca do pacjentów i pomaga rozwijać medycynę przyszłości – podsumowuje prof. Julita Kulbacka.

Choć nikt nie zakłada, że nowotwory będą kiedyś leczone w przestrzeni kosmicznej, coraz więcej wskazuje na to, że badania prowadzone w warunkach symulowanej mikrograwitacji mogą pomóc opracować skuteczniejsze metody walki z guzami opornymi na dostępne terapie.

Więcej informacji:

• Wpływ symulowanej mikrograwitacji na oporność wielolekową komórek raka żołądka
  Membranes (2022)
• Mikrograwitacja zwiększa wrażliwość komórek raka jajnika na cisplatynę, Microgravity Science and Technology (2021)
• Platforma Lab-on-a-Chip do badań komórek nowotworowych w warunkach mikrograwitacji,
  Cancers (2021)
• Wpływ warunków stratosferycznych na aktywność przeciwutleniaczy – badania w ramach misji balonowej, Frontiers in Pharmacology (2019)
• Strategia Kosmiczna 2026–2035: 
  https://innowacje.dolnyslask.pl/pl/strategia-kosmiczna-2026-2035