Cukrami k odhaleniu rakoviny

Nádorové ochorenia sú jedným z najväčších celosvetových zdravotných problémov, pričom každé šieste úmrtie je zapríčinené rakovinou.

Vizuálne znázornenie glykoproteínov inkorporovaných na povrchu bunkovej membrány, GlyTech, Inc.

Pod rakovinou si môžeme predstaviť nekontrolovaný rast buniek, ktoré sa šíria do ďalších častí organizmu. Najbežnejšie typy sú rakovina pľúc, prsníka, prostaty a kolorektálny karcinóm. Kladiete si otázku, aká súvislosť existuje medzi cukrami a nádormi a ako nám pomôžu odhaliť ochorenie?

Sladká podstata ochorenia

Slovo rakovina vzniklo pre podobnosť medzi prerastajúcim nádorom a klepetami raka. Pretože sa šíri rýchlo, je potrebná včasná diagnostika. Diagnóza úzko súvisí s asociovanými biomarkermi, ktoré nám slúžia na analýzu zdravotného stavu a ktoré je možné dobre charakterizovať a merať. Vedci sa preto zameriavajú najmä na konštrukciu biosenzorov vedúcich k včasnému odhaleniu choroby. Ich výhodami sú prijateľná cena, reprodukovateľnosť, ľahká príprava, citlivosť a dlhodobá stabilita.
A čo s tým majú cukry? I keď v minulosti boli cukry považované iba za zásobáreň energie, v súčasnosti vieme, že majú úlohu v mnohých biologických procesoch. Glykány sú sacharidy, t. j. cukry, ktoré môžu byť pripojené k proteínom alebo lipidom. Sú tvorené z monosacharidov, ktoré môžu mať rôzne kombinácie a rozvetvenie. Tieto cukry tvoria obal buniek a pomáhajú im získavať informácie o prostredí, v ktorom sa nachádzajú. Podľa glykánov na povrchu bunky vieme zistiť, v akom stave sa nachádza.
Glykány vznikajú v enzymatickom procese zvanom glykozylácia. Tá prebieha vnútri bunky. Ide o pomerne zložitý enzymatický proces v endoplazmatickom retikule a Golgiho aparáte, po ktorom sú glykány exportované z bunky, kde pomáhajú medzibunkovej komunikácii, pri interakcii medzi hostiteľom a patogénom, ako aj pri nádorovej progresii. Ak nastane zmena glykánov na povrchu bunky, môžeme predpokladať, že nastala transformácia buniek, ktorým sa zmenil metabolizmus na nádorový.Takáto zmena glykánov je dôležitá, pretože upozorňuje na rozvoj choroby.

Včasná diagnostika

Najčastejšie druhy rakoviny u žien a mužov – celosvetová štatistika, zdroj dát: Bray, F., Ferlay, J., Soerjomataram, I., Siegel, R. L., Torre, L. A., & Jemal, A. (2018). Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 68(6), 394-424. doi:10.3322/caac.21492a

O vzniku rakoviny v našom tele nevieme, lebo ju nesprevádza bolesť, a tak je včasná diagnostika náročná. Naším cieľom je nájsť biomarker špecifický len pre jeden druh rakoviny. Ten by nám poskytol informáciu o tom, či sme zdraví alebo nastala nádorová progresia. Zameriavame sa na glykoproteínové biomarkery slúžiace ako indikátor nielen normálnych biologických procesov, ale aj patologických. Snažíme sa vytvoriť citlivý test, ktorý by zabránil bolestivej a nákladnej biopsii. Pri vyvíjaných testoch využívame rôzne metódy.
V našom tíme pracujeme na elektrochemických biočipoch s glykánmi, ktoré stanovujú biomarkery z krvi. Princípom je meranie zmeny elektrochemických vlastností na povrchu čipu po vzájomnej reakcii so vzorkou. Biočip môžeme modifikovať aj nanomateriálmi, ktoré nám pomáhajú zvýšiť citlivosť metódy. Nanomateriály majú veľkosť 1 až 100 nm, pričom nanometer je definovaný ako jedna milióntina milimetra – veľkosť približne 100 000-krát menšia ako priemer ľudského vlasu. V takýchto rozhraniach sa objavujú jedinečné vlastnosti, ktoré využívame pri konštrukcii biočipov.
Ďalším naším pomocníkom sú lektíny. Ide o proteíny schopné na povrchu molekuly rozoznať, či je glykán štandardný alebo trocha zmenený. Lektíny využívame v analytických metódach, kde máme na povrchu protilátku detegujúcu konkrétny biomarker a na záver aplikujeme lektín, ktorý nám určí prípadnú zmenu glykánu.
Vývoj citlivých a špecifických biosenzorov je náročná disciplína, s ktorou sa zaoberáme v našom laboratóriu. Potenciál glykánov by sme chceli využiť pri včasnej diagnostike nádorových ochorení, ako aj pri pochopení progresii rakoviny.

RNDr. Veronika Pinková Gajdošová
Chemický ústav SAV v Bratislave
Úprava ilustrácií autorka
Článok vznikol v spolupráci s platformou Mladí vedci SAV.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 8/2021. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre