Poznaj obecne trendy w edukacji wyższej w Raporcie Edukacyjnym Coopernicus!
Artykuł - zdjęcie główne
Roślinne kultury in vitro w walce z nowotworami

Krótka historia rośliny i człowieka

Ludzie od początku swojego istnienia wykorzystywali rośliny jako pożywienie oraz naturalne leki. Co ciekawe, rośliny lecznicze były i są wykorzystywane jako surowiec medyczny w prawie wszystkich kulturach na świecie (wyjątkiem mogą być np. Eskimosi, których lodowe ogródki mogą nie być najlepiej przystosowane do hodowli chociażby rumianku). Warto wspomnieć, że droga do odkrycia prawidłowego zastosowania poszczególnych roślin odbywała się za pomocą prób i błędów, czyli często kosztem zdrowia i życia potencjalnego odkrywcy. Na szczęście dzięki rozwojowi cywilizacji oraz metod badawczych obecna farmacja nie opiera się na tak ryzykownych metodach, a na sprawdzonych substancjach leczniczych w ustandaryzowanych dawkach, bez dalszej konieczności poświęcania życia i/lub zdrowia osobników  populacji ludzkiej [1]. 

Przewaga kultury in vitro nad tradycyjną hodowlą roślinną

Warto zdać sobie sprawę, skąd wynikł obecny kierunek na prowadzenie hodowli in vitro roślin w kontekście przemysłu farmaceutycznego.  Odpowiedź jest stosunkowo prosta – poszczególne zmienne środowiskowe (stosunek dzień/noc, temperatura, woda, zasolenie, skład gleby) wpływają na akumulację roślinnych metabolitów wtórnych w roślinie [2]. Czyli ujmując krótko i lekko abstrakcyjnie  – herbatka z rumianku zebranego na wschodniej części półkuli Ziemi będzie się różnić od tej zebranej i zaparzonej na zachodzie pod względem ilości i jakości substancji aktywnych (najprawdopodobniej, bo zawsze się znajdzie ten jeden krnąbrny rumianek, który nie będzie i koniec). Wynika to z faktu, że rośliny syntetyzują różne metabolity, w odpowiedzi na stres środowiskowy, którym są poddane [2]. Dzięki temu, że hodowla in vitro może opierać się na genetycznych klonach poszczególnych tkanek roślin, mamy możliwość uzyskania identycznego profilu oraz zawartości metabolitów wtórnych. Ta właściwość jest niezwykle ważna przy standaryzacji pozyskiwania wyciągów roślinnych lub finalnie oczyszczonych związków aktywnych [3].

Badania Polskich Naukowców nad skutecznością Carpesium divaricatum

Naukowcy z Instytutu Farmakologii im. Jerzego Maja Polskiej Akademii Nauk oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego z Krakowa podjęli się porównania aktywności cytotoksycznej ekstraktów z tkanek roślinnych hodowanych in vitro oraz uprawianych w gruncie. Badanie wykonano na gatunku Carpesium divaricatum (nie, to nie jest odmiana rumianku), a ekstrakty testowano zarówno na nowotworowych, jak i zdrowych liniach komórkowych1. Działanie cytotoksyczne ekstraktów opierało się głównie na związkach z podgrupy terpenoidów – laktonów seskwiterpenowych, konkretnie germakranolidów [4,5].

Większość plantacji in vitro C. divaricatum gromadziło mniejsze ilości germakranolidów niż liście roślin uprawianych w gruncie. Wyjątek stanowiła jedna z hodowli wzbogacona dwoma czynnikami wzrostu (6-benzyloadeniną oraz kwas 1-naftalenooctowym), która pozwoliła na uzyskanie takiej samej akumulacji germakranolidu jak w liściach roślin uprawianych tradycyjnie [4]. 

Linie komórkowe użyte do oceny cytotoksyczności wyciągów zestawiono w 3 grupach ze względu na ich pochodzenie: prostaty, skóry i przewodu pokarmowego. Każda grupa zawierała dwie linie pochodzące z komórek nowotworowych oraz jedną zdrową podobnego pochodzenia [4]. 

Warte podkreślenia jest to, że ekstrakty różnego pochodzenia wykazywały różną specyficzność wobec komórek nowotworowych szczególnie w grupie linii komórkowych przewodu pokarmowego2 oraz skóry. Jeżeli chodzi o linie komórkowe prostaty, wykazywały się one słabą selektywnością i oddziaływały również na nienowotworowe komórki [4]. 

Podsumowując, przytoczone wyżej badania są podstawą bardziej ustandaryzowanego wykorzystania wyciągów roślinnych w przemyśle farmaceutycznym. Mimo zastosowania roślinnych hodowli in vitro, wyciągi z wyhodowanych tkanek zachowały selektywne działanie cytotoksycznego na poszczególne nowotworowe linie komórkowe, dając efekty podobne do wyciągów uzyskanych z roślin hodowanych tradycyjnie. 

Z naukowego na nasze – krótkie, potoczne podsumowanie dla nienaukowych czytelników 

Polscy Naukowcy z Krakowa porównali wyciągi z tkanek roślinnych wyhodowanych in vitro (tzw. „z probówki”) pewnego gatunku rośliny w stosunku do wyciągu z roślin zebranych tradycyjnie z gleby. Odpowiednia kombinacja postaci podłoża  ( w tym przypadku płynna – na takim gęstym płynie hoduje się „kawałki” rośliny)  z czynnikami wzrostu (substancje dodawane zewnętrznie, żeby wymusić na roślinie szybszy wzrost) udało się uzyskać podobne wartości związków czynnych (to to, co działa w wyciągu). Okazało się, że w porównaniu komórki zdrowe/nowotworowe substancje aktywne z wyciągów, chętniej uszkadzały komórki nowotworowe, mimo poddania tychże linii tym samym warunkom (czyli ciężkim).  Jest to obiecujące, ze względu na to, że obecne próby tworzenia terapii nowotworowych opierają się na selektywności – czyli na „inteligentnych substancjach”, które nie będą atakować „wszystkiego jak leci”, tylko celują bezpośrednia w zmienione tkanki. 

Uwagi autora:

Ze względu na to, jak wielką nadzieję budzą badania nad nowotworami, warto podkreślić kilka kwestii:

1   Nie było do tej pory przeprowadzonych na tej roślinie randomizowanych badań klinicznych na ludziach wykazujących działanie przeciwnowotworowe tej rośliny, ponadto badań na zwierzętach było niewiele, a jeżeli były, to  niskiej jakości (odnośnik do przytoczonego przykładu: [6]). Nie oznacza to, że związek nie ma właściwości przeciwnowotworowych – ma to na celu zwrócenie uwagi na potrzebę dalszych badań bezpieczeństwa i skuteczności ekstraktu z tej rośliny i zapobiegnięcie stosowaniu jej „na własną rękę”.

Jeśli chodzi o komórki przewodu pokarmowego nie wyselekcjonowano stricte do badania komórek zdrowych, a zastąpiono je linią komórkową nowotworu wątroby. Autorzy twierdzą, że jest to standardowa metoda, która pomaga ocenić hepatotoksyczność stosowanych wyciągów. 

Bibliografia: 

[1] Medicinal plants: Past history and future perspective – Jamshidi-Kia Fatemeh, Lorigooini Zahra, Amini-Khoei Hossein (2018), Herbmed Pharmacol, http://herbmedpharmacol.com/Article/jhp-1198

[2] The Influence of Environmental Conditions on Secondary Metabolites in Medicinal Plants: A Literature Review – Poonam Pant, Sudip, Pandey, Stefano Dall’Acqua (2021), Chemistry & Biodiversity. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cbdv.202100345

[3] In vitro plant tissue culture: means for production of biological active compounds – Espinosa-Leal, C.A., Puente-Garza, C.A. & García-Lara, S. (2018). Planta 248, 1–18.  https://doi.org/10.1007/s00425-018-2910-1

[4] Chemical Composition and Cytotoxic Activity of Extracts from Carpesium divaricatum: In Vitro- versus Field-Grown Plants – Malarz J, Galanty A, Stojakowska A. (2022). Plants (Basel). doi: https://doi.org/10.3390/plants11212815.

[5] . Applications of Sesquiterpene Lactones: A Review of Some Potential Success Cases – Moujir, L.; Callies, O.; Sousa, P.M.C.; Sharopov, F.; Seca, A.M.L. (2020) Appl. Sci. https://doi.org/10.3390/app10093001https://www.mdpi.com/2076-3417/10/9/3001

[6] A natural compound derivative P-13 inhibits STAT3 signaling by covalently inhibiting Janus kinase 2 – Huang, H., Niu, J., Wang, F. et al. (2019). Invest New Drugs 37, 452–460 

Biologiczny Hejted
Bio:
Anonimowa popularyzatorka nauki. Moją misją jest przedstawiać trudne naukowe zagadnienia w sposób satyryczny, przyjazny dla osób nie będących na co dzień w świecie nauki. Konfrontuje \"porady internetowe\" z faktami opartymi na dowodach naukowych, obalam szkodliwe mity oraz przybliżam życie młodego naukowca \"od kuchni\".
Napisany przez:

Biologiczny Hejted

3 komentarzy

  1. Xellos pisze:

    Cieszą artykuły promujące takie technologie jak hodowla in-vitro, uświadamiając ludzi niekoniecznie obeznanych z nauką jak przydatna jest możliwość standaryzacji składu roślin i sposobu ich hodowli i jak bardzo ułatwia i skraca to badanie ich wpływu na zdrowie. Biorąc pod uwagę tematykę, środkowa i ostatnia część artykułu na pewno mogłyby być dłuższe i opisywać poruszone kwestie dokładniej. Niemniej, dziękuję za włożony wkład w rozpowszechnianie nauki i życzę dalszych udanych publikacji popularno-naukowych. 😉

  2. Virtualio Difter pisze:

    Podoba mi się styl artykułu. Podejmuje interesujące kwestie, przyjemnie się czyta lub słucha. Stronka dodana do listy. Częściej tu zajrzę 🙂

  3. Marcin pisze:

    myślę o tych Eskimosach, że może rumianku nie mieli ale gdzieś w jamach/jaskiniach może zbierali jakiś leczniczy mech czy grzyb (chociaż grzyb to w sumie nie roślina)

Dodaj komentarz