Dr hab. Jarosław Dastych

Nowoczesne metody badań i selekcji substancji czynnych w
biotechnologii, farmacji, kosmetologii: wysokowydajne testy
przesiewowe (HTS) i alternatywne testy toksyczności

Wzajemne przenikanie chemii, biologii i medycyny doprowadziło do powstania
nowoczesnego przemysłu farmaceutycznego. Pracujące na rzecz tego przemysłu laboratoria
dowiodły, że oparte na solidnych podstawach naukowych strategie poszukiwania nowych
substancji czynnych dostarczają przynoszących zyski produktów. Jednak szybki rozwój
biologii i chemii doprowadził do zasadniczej zmiany w stosowanych strategiach służących
odkrywaniu nowych leków. Do przełomu tego doprowadziła rewolucja naukowa związana z
rozwojem biologii molekularnej połączona z dramatycznym zwiększeniem się możliwości
syntezy organicznej. We współczesnym sposobie poszukiwania nowych leków racjonalne
projektowanie nowych związków chemicznych łączy się z ekstensywnym przeszukiwaniem
całego oceanu istniejących substancji w poszukiwaniu ukrytych „diamentów”. Niezbędną
częścią tych poszukiwań jest zastosowanie wysokowydajnych testów przesiewowych.
Wysokowydajne testy przesiewowe (testy HTS) powstały w odpowiedzi na problem, którym
jest dostępność astronomicznej liczby izolowanych ze źródeł naturalnych i możliwych do
zsyntetyzowania związków chemicznych o niemożliwej do przewidzenia aktywności
biologicznej. Testy HTS są narzędziem, które pozwala nam zawęzić liczbę badanych
potencjalnie interesujących nas substancji. Postepy farmakologii i biochemii ugruntowały
przekonanie, że aktywność biologiczna substancji wynika z ich oddziaływania z określonymi
makrocząsteczkami takimi jak, białka i kwasy nukleinowe. Szukając nowych leków musimy
zatem dowiedzieć się jak interesujące nas związki chemiczne oddziałują z wybranymi przez
nas makrocząsteczkami - tarczami terapeutycznymi. Technologia HTS powstała dzięki
połączeniu trzech elementów: miniaturyzacji pomiarów biologicznych, opartej na
zastosowaniu robotów automatyzacji procesów pomiarowych i skomputeryzowania
przetwarzania danych. Pomiary dowolnej aktywności biologicznej mogą stać się podstawą do
rozwoju testu HTS jeśli spełnią określone kryteria. O powodzeniu decydują takie elementy
jak objętość materiału biologicznego i próbki zużywanej w pomiarze, możliwość
przeprowadzenia pomiaru na płytce wielopozycyjnej, ilość operacji potrzebnych na uzyskanie
jednego punktu pomiarowego i czas pomiaru. W tym samym czasie gdy pomiary aktywności
biologicznej osiągnęły pożądaną przez przemysł wysoka wydajność postępy genomiki
pozwoliły na zidentyfikowanie nowych tarcz terapeutycznych – produktów genów

zaangażowanych w procesy chorobowe. W ten sposób osiągnięto obecnie stan w którym
ograniczona - liczona w setkach - liczba tarcz terapeutycznych stała się podstawą setek jeśli
nie tysięcy testów aktywności biologicznej, które stosowane są do automatycznego badania
milionów związków chemicznych. Jednak odnalezienie związku chemicznego o pożądanej
aktywności rozpoczyna dopiero skomplikowany proces tworzenia nowego leku. Cały ten
proces od zidentyfikowania nowej substancji czynnej do pojawienia się leku na rynku może
kosztować 15 lat pracy i miliard dolarów. Im dłuższą drogę przebywa dana substancja na tej
kosztownej dla inwestorów drodze, tym większy procent tej olbrzymiej kwoty nie może już
zostać odzyskany jeśli lek nie spełni pokładanych w nim nadziei. Jednym z możliwych
przyczyn takiej porażki jest zbyt późne odkrycie, że badany przez nas związek jest toksyczny
w stopniu utrudniającym bądź uniemożliwiającym jego użycie terapeutyczne. Metody
przesiewowe wyławiające substancje o pożądanej aktywności biologicznej takie jak testy
HTS mogą i powinny służyć eliminowaniu spośród kandydatów na leki, substancji o
niepożądanych własnościach toksycznych. W idealnej strategii poszukiwania nowych
substancji biologicznie czynnych wykrywanie toksyczności odbywa się juz na
najwcześniejszych etapach badań. Testy przeprowadzane na zwierzętach stają się w ten
sposób środkiem do potwierdzania bezpieczeństwa wprowadzanych na rynek leków, a nie
metodą charakteryzowania substancji, które są dopiero w fazie wstępnych badań. Interes
ekonomiczny przemysłu łączy się tutaj z konieczną odpowiedzią na malejącą tolerancję dla
prowadzenia badań na zwierzętach obserwowaną wśród rozwiniętych postindustrialnych
społeczeństw. Wymuszona opiniami społecznymi zmiana polityczna dokonująca się obecnie
w standardach bezpieczeństwa chemicznego powoduje szereg trudności, które pojawiają się
na styku działań legislacyjnych, prac badawczych i decyzji biznesowych. Nie wydaje się
jednak, aby wprowadzenie testów alternatywnych miało odbyć się kosztem bezpieczeństwa
konsumentów. Właściwe zastosowanie najnowszych technik badawczych in vitro pozwoli
znaleźć optymalne czyli efektywne i jednocześnie bezpieczne substancje czynne.

1) Wysokowydajne testy przesiewowe (HTS)

i) Rola testów HTS w poszukiwaniach nowych substancji czynnych dla przemysłu

farmaceutycznego ( 4 wykłady)

ii) Celowość stosowania HTS w badaniach nad nowymi lekami: czy i kiedy opłaca

się stosowanie testów HTS (2 wykłady)

iii) Niezbędne komponenty testu HTS (3 wykłady)

iv) Organizacja laboratorium HTS (2 wykłady)

v) Walidacja wyników uzyskanych za pomocą technik HTS (2 wykłady)

vi) Przyszłość testów HTS (1 wykład)

2) Alternatywne testy toksyczności

i) Badania nad toksycznością leków i innych substancji chemicznych: koncepcja

alternatywnych testów toksyczności (1 wykład)

ii) Obecnie dostępne i stosowane w praktyce testy alternatywne (2 wykłady)

iii) Problemy prawne dotyczące stosowania testów alternatywnych (2 wykłady)

iv) Korzyści i zagrożenia związane z wprowadzeniem testów alternatywnych do

badań nad lekami (1 wykład)

v) Elementy oceny toksyczności we wczesnych etapach poszukiwań nowych

substancji czynnych dla przemysłu farmaceutycznego (3 wykłady)

vi) Przyszłość alternatywnych testów toksyczności (1wykład)

Dane o wykładowcy

Curriculum Vitae

Dr hab. nauk medycznych Jarosław Dastych

Data i miejsce urodzenia: 16.10.1959, Łódź

Wykształcenie:

1983

Magister biologii, Uniwersytet Łódzki

1991

Doktor nauk medycznych. Akademia Medyczna w Łodzi

2003

Doktor habilitowany nauk medycznych, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Doświadczenia w pracy zawodowej:

1983 -1992 technik następnie asystent, Zakład Amin Biogennych PAN w Łodzi
1989 - 1990 stypendysta (Fulbright scholarship) w Narodowych Instytutach Zdrowia,
Bethesda, USA
1992 -1995 staż podoktorski, (Fogarty International Fellowship) w Narodowych Instytutach
Zdrowia, Bethesda, USA
1995 -1998 p.o. Kierownika Zespołu Alergologii, Zakład Amin Biogennych PAN w Łodzi
1998 -1999 Visiting scientist w Narodowych Instytutach Zdrowia, Bethesda, USA
1999-2004 Kierownik Laboratorium Immunologii Molekularnej, Międzynarodowy Instytut

Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie

Od 2004 Kierownik Pracowni Immunologii Komórkowej, Centrum Biologii Medycznej

PAN w Łodzi

Zrealizowane granty badawcze:

Grant Komitetu Badań Naukowych Nr 4 P05A 047 10, „Chemiczne pobudzenie produkcji
interleukiny 4 w komórkach tucznych jako potencjalny mechanizm wpływu czynników
środowiska na rozwój nadwrażliwości typu wczesnego”

Grant Komitetu Badań Naukowych Nr 4 P05A 051 "Charakterystyka sekwencji
promotorowych, czynników transkrypcyjnych oraz dróg przekazywania sygnału
zaangażowanych w aktywację ekspresji genu IL-4 przez jony metali ciężkich"
Grant z V Programu Ramowego Komisji Europejskiej Nr QLRT-2000-00787 "A New
Technology for Fluorescent "Cell Chip" Immunotoxicity Testing"

Główne zagadnienia podejmowane w pracy badawczej:

1. Rozwój nowych alternatywnych testów toksyczności
2. Molekularne mechanizmy immunotoksycznych i immunomodulujących wpływów

środowiskowych.

3. Biologia molekularna komórek tucznych, a w szczególności mechanizmy

przekazywania sygnału regulujące ekspresję cytokin.

Wybrane publikacje:

1. Trzaska D., Zembek P., Olszewski M., Adamczewska V., Ulleras E., Dastych J.

(2005) Fluorescent Cell Chip for immunotoxicity testing: Development of the c-
fos expression reporter cell lines. Toxicol Appl Pharmacol. 207:133-41

2. Walczak-Drzewiecka A., Wyczółkowska J., Dastych J. (2005) C-Jun N-terminal

kinase is involved in mercuric -ions-mediated interleukin-4 secretion in mast cells.
Int Arch Allergy Imm. 136: 181-190

3. Ulleras E, Trzaska D, Arkusz J, Ringerike T, Adamczewska V, Olszewski M,

Wyczolkowska J, Walczak-Drzewiecka A, Al-Nedawi K, Nilsson G, Bialek-
Wyrzykowska U, Stepnik M, Van Loveren H, Vandebrielf R, Løvike M,
Rydzynski K, Dastych J. (2005) Development of the “Cell Chip”: a new in vitro
alternative technique for immunotoxic5ty testing. Toxicol. 206: 245–256

4. Ringerike T, Ulleras E, Volker R, Verlaan B, Eikeset A, Trzaska D, Adamczewska

V, Olszewski M, Walczak-Drzewiecka A, Arkusz J, van Loveren H, Nilsson G,
Lovik M, Dastych J, Vandebriel RJ. (2005) Detection of immunotoxicity using T-
cell based cytokine reporter cell lines (“Cell Chip”). Toxicol. 206: 257–272

5. Walczak-Drzewiecka A., Wyczółkowska J. Dastych J. (2003)Environmentally

relevant metal and transition metal ions enhance FceRI mediated mast cell
activation. Environ Health Perspect. 111: 708-713

6. Taylor M., Dastych J., Sehgal D., Sundstrom M., Nilsson G., Akin C., Mage R.G.,

Metcalfe D.D.. (2001) The kit activating mutation D816V enhances stem cell
factor-dependent chemotaxis.. Blood 98: 1195-9.

7. Dastych

J., A. Walczak-Drzewiecka, J. Wyczolkowska, D.D. Metcalfe. (1999).

Murine mast cells exposed to mercuric chloride release granule associated N-
acetyl-β -D-hexosaminidase and secrete IL-4 and TNF-α " J. Allergy Clin.
Immunol. Jun 1; 103:1108-1114.

8. Dastych J., D. Taub, M.C. Hardison, D.D. Metcalfe. (1998). Tyrosine kinase

deficient W

v

induces mast cell adhesion and chemotaxis. Am. J. Physiol. Nov;

44:C1291-C1299

9. Dastych J., M.C. Hardison, D.D. Metcalfe. (1997). Aggregation of low affinity

IgG receptors induces mast cell adherence to fibronectin: requirement for the
common FcR gamma-chain J. Immunol. Feb 15; 158: 1803-1809.