Prof. Krzysztof Jóźwiak – dzięki niemu będzie łatwiej rzucić palenie

Prof. Krzysztof Jóźwiak (rocznik 1971), chemik, kieruje Samodzielną Pracownią Chemii i Neuroinżynierii Medycznej na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie. Laureat programów FOCUS i TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. W 2012 roku, otrzymał Nagrodę Ehrlicha przez Europejską Federację Towarzystw Chemii Medycznej, za wybitne osiągnięcia naukowe w zakresie chemii medycznej i chemii leków.

W znacznie większym stopniu szkodzą nam substancje towarzyszące nikotynie w dymie papierosowym, bo to one głównie odpowiadają za powstawanie nowotworów. Sama nikotyna jest oczywiście trucizną, odpowiada za silne uzależnienie. To jedna z najbardziej uzależniających substancji znanych człowiekowi. Uzależnia o wiele szybciej i w dużo większym stopniu niż na przykład, marihuana. Właściwie należałoby się dziwić, dlaczego palenie tytoniu jest dozwolone przez prawo, skoro palenie marihuany jest nielegalne.

Z każdego nałogu, nie tylko nikotynizmu. Wszystkie uzależnienia mają podobny mechanizm. W naszym mózgu jest tzw. układ nagrody, wykształcony na drodze ewolucji byśmy odczuwali dużą przyjemność jedząc lub uprawiając seks, czyli robiąc rzeczy kluczowe dla przetrwania. Niestety, nauczyliśmy się podrażniać układ nagrody alkoholem, papierosami, narkotykami. Podobny mechanizm odpowiada za pociąg do hazardu. Hazardzista czuje euforię, gdy wygrywa. Z uzależniania trudno się uwolnić, ponieważ układ nagrody został zaprogramowany tak, by był bardzo silny. Stymulując go nieprawidłowo wpadamy w pułapkę, z której dla wielu ludzi nie ma wyjścia. Narkomanów zażywających heroinę leczy się za pomocą metadonu, który jest także narkotykiem. Większe zło zastępuje się mniejszym. Proszę zwrócić uwagę, że także czysta nikotyna jest używana w leczeniu nikotynizmu. Różne gumy do żucia czy naklejane na skórę plastry z nikotyną pozwalają ograniczyć palenie tytoniu.

Między innymi stymuluje komunikację między komórkami nerwowymi, polepsza pamięć, ułatwia koncentrację. Prawie 90 proc. chorych na schizofrenię i depresję intensywnie pali papierosy. Pojawia się pytanie, czy ludzie ci zachorowali z powodu nałogu, czy wręcz odwrotnie - mając typowe dla tych chorób problemy z powodu stałego lęku i niemożności skupienia się na jednej rzeczy – sięgają po papierosy, jako naturalną metodę poradzenia sobie z tymi zaburzeniami. Większość naukowców skłania się ku tej drugiej tezie. Nikotyna, poza oczywistymi wadami, może mieć również istotny, pozytywny wpływ na układ nerwowy. Jeszcze do niedawna badania nad tą substancją koncentrowały się wyłącznie na jej niezwykłych uzależniających właściwościach, a nie na jej możliwościach terapeutycznych.

Zainteresowałem się nikotyną po doktoracie, podczas stażu naukowego w Narodowych Instytutach Zdrowia, w Baltimore, w Stanach Zjednoczonych. To tam rozpocząłem badania nad substancjami chemicznymi, które działając do pewnego stopnia hamująco na skutki nikotyny w mózgu, mogłyby posłużyć w terapii uzależnienia od tej substancji.

Cały trik polega na tym, by tak użyć nie samej nikotyny ale podobnej do niej substancji, która będzie działała podobnie na organizm, ale nie będzie tak silnie uzależniała. Jestem chemikiem i traktuję cząsteczki jak klocki lego, które można przestawiać i nieco przebudowywać. Nawet niewielka modyfikacja może sprawić, że cząsteczka związku chemicznego zachowa swoje właściwości antydepresyjne, ale przestanie uzależniać.

Z przyczyn etycznych badań nie prowadzi się na ludziach, nie można im wycinać fragmentów ciała, by izolować z nich wybrane komórki. Do tego celu świetnie nadaje się płaszczka - drętwa z rodzaju Torpedo, która ma narząd elektryczny. Umieszczony symetrycznie po obu stronach ciała, służy jej do paraliżowania ofiary. Po bliższym badaniu okazało się, że narząd elektryczny jest zbudowany z olbrzymiej liczby łatwych do wyizolowania komórek, które są nasycone receptorami nikotynowymi. Używa się tej techniki od ponad 40 lat. Ale biotechnologia i genetyka w XXI wieku pozwalają już na klonowanie komórek i receptory nikotynowe można także pozyskiwać w inny sposób.

Być może prułaby prądem na lewo i prawo. To oczywiście żart. Nikt jeszcze nie zadał mi takiego pytania i po prostu nie wiem.

To białko, które znajduje się na powierzchni komórki nerwowej. Nikotyna przyłącza się do niego. Białko-receptor nikotynowy jest tzw. kanałem jonowym, przez który jony sodu czy potasu mogą przenosić się do wnętrza komórki lub poza nią. Dzięki temu neuron reaguje na różnice w stężeniu jonów po jednej i po drugiej stronie błony komórkowej. Komórki nerwowe działają na zasadach biologicznej elektroniki. Przepływ informacji, na przykład w mózgu, związany jest ze zmianą potencjałów w neuronach, czyli zmianą stężenia jonów po obu stronach błony komórkowej.

Jednym z najpoważniejszych skutków może być, na przykład mukowiscydoza. Skaza genetyczna powoduje zmianę w działaniu kanałów jonowych. W efekcie następują poważne zaburzenia w funkcjonowaniu całego organizmu. Mukowiscydoza jest nieuleczalną, śmiertelną chorobą.

Tak, ponieważ receptor nikotyny to sztuczna nazwa. W gruncie rzeczy jest nim białko, które łączy się z naturalnym neuroprzekaźnikiem – acetylocholiną. Powinno się więc nazywać receptorem acetylocholiny. Kiedyś wiedziano tylko tyle, że nikotyna działa na mózg. Poszukiwano białek, z którymi się łączy, gdy je znaleziono otrzymały nazwę – receptor nikotyny. Ludzkość nauczyła się wykorzystywać nikotynę jako substytut acetylocholiny ze wszystkimi tego konsekwencjami.

Zajmuję się także cząsteczkami chemicznymi, które w naszym organizmie wchodzą w reakcje z innym białkiem - receptorem beta-adrenergicznym. Wraz z moim zespołem udało mi się wyjaśnić wiele ciekawych mechanizmów działania tych substancji i zaprojektować nowe cząsteczki. Mają one spory potencjał terapeutyczny, mamy więc nadzieję, że zainteresuje się nimi przemysł farmaceutyczny.

Receptory beta-adrenergiczne odgrywają bardzo ważną rolę w pracy serca. Początkowo sądziliśmy, że opracowane przez nas substancje będą mogły znaleźć zastosowanie w kardiologii. Jednak w trakcie badań znacznie ciekawsze okazało się , że mogą zmieniać tempo wzrostu komórek nowotworowych. Niektóre z nich wręcz hamują ich wzrost. Nadal próbujemy wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje.

Receptory GPCR pośredniczą w przekazywaniu różnych sygnałów do wnętrza komórki. Dzięki nim prawidłowo działają nasze zmysły wzroku, węchu i smaku. Przykładem takiego receptora jest rodopsyna, która odpowiada za proces widzenia. Pracujący w Stanach Zjednoczonych prof. Krzysztof Palczewski otrzymał niedawno „polskiego Nobla”, czyli nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, za skrystalizowanie i wyjaśnienie molekularnego mechanizmu działania tego białka. Inne receptory GPCR sprawiają, że czujemy zapach. Zawierają je komórki wyściełające wnętrze nosa. Receptory GPCR wiążą się z różnymi substancjami, które wdychamy z powietrzem. Wiele hormonów działa także na receptory tej klasy, pobudzając istotne dla funkcjonowania człowieka układy enzymatyczne. Receptory GPCR kontrolują też ciśnienie krwi, proces trawienia, regulują poziom neurotransmiterów w mózgu, aktywność układu odpornościowego.

Łatwiej byłoby wymienić choroby, które związane nie są. Szacuje się, że około 50 proc. wszystkich obecnie stosowanych leków, działa na receptory z klasy GPCR. Badania nad tymi białkami mają więc olbrzymie znaczenie dla farmacji i medycyny. Wszystkie te receptory mają podobny mechanizm działania. Poznanie ich funkcjonowania pozwoliło uczonym zrozumieć, jak przy użyciu leków mogą na nie wpływać i dzięki temu leczyć ludzi.

Jestem bardzo wdzięcznym losowi, że mogę badać ten receptor. W ciągu ostatnich lat udało się uzyskać wiele nowych informacji na jego na temat. Jeszcze kilkanaście lat temu, prawie nic o nim nie wiedziano, a obecnie jest jednym z najlepiej zbadanych. Za prace nad wyjaśnieniem molekularnego funkcjonowania tych receptorów dwaj amerykańscy biochemicy otrzymali w 2012 roku nagrodę Nobla.

Za badania nad dwoma rodzajami leków działających na receptory, o których rozmawiamy, nikotynowe – czyli kanały jonowe i beta-adrenergiczne - GPCR. Udało nam się wiele zrozumieć z samego mechanizmu funkcjonowania tych receptorów, ale także wyjaśnić na poziomie molekularnym zasady działania różnych substancji na te receptory. Wiemy już w jaki sposób te białka odpowiadają na leki. Zebrana wiedza pozwala projektować nowe substancje terapeutyczne.

Chciałem zebrać grupę osób, które mogłyby pracować razem ze mną. Udało mi się przekonać FNP do finansowanie mojego projektu. W zespole mam lekarzy, farmaceutów, chemików, biotechnologów, informatyków. Studentów, doktorantów i osoby tuż po doktoracie. Minęły cztery lata i projekt jest już na ukończeniu. Współpracujemy z naukowcami ze Stanów Zjednoczonych, Włoch, Niemiec, ostatnio także ze Szwecji. Bardzo się cieszę, że możemy prowadzić badania na tak wysokim, konkurencyjnym poziomie. Nasza praca przypomina pracę detektywa. Polega na poszukiwaniu odpowiedzi na stale pojawiające się nowe pytania. Co zrobić, by cząsteczki jakiegoś leku, które działają nie dość wydajnie, stały się lepszym lekiem? Jak je zmodyfikować, by były bardziej selektywne, by ich efekt był silniejszy?