Studenci i naukowcy wydrukowali modele receptorów

31.08.2021

Pracownicy i doktoranci z Katedry i Zakładu Chemii Farmaceutycznej Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego oraz członkowie Studenckiego Koła Naukowego działającego przy Katedrze realizowali pod opieką dr. Mariusza Belki Program wizualizacji działania leków na poziomie molekularnym – projekt edukacyjno-dydaktyczny z wykorzystaniem druku 3D polegający na stworzeniu modeli interakcji pomiędzy receptorem GABA a cząsteczkami leków przeprowadzony w ramach projektu Innowatorzy. Opiekunem SKN jest dr hab. Lucyna Konieczna, a nadzór merytoryczny związany z wprowadzaniem nowych rozwiązań dydaktycznych do kursu chemii leków dla studentów farmacji sprawował prof. Tomasz Bączek, kierownik Katedry.

Uczestnicy projektu (od lewej): mgr Dagmara Szynkiewicz, dr Szymon Ulenberg, dr Mariusz Belka, mgr inż. Paweł Georgiev

Projekt miał na celu opracowanie pomocy dydaktycznych ułatwiających przedstawienie studentom, w jaki sposób cząsteczki różnych leków i toksyn mogą łączyć się z tym samym receptorem, mając różny wpływ na organizm ludzki. Molekularne działanie leków jest trudne do zrozumienia, ponieważ jest niewidoczne gołym okiem, a receptor GABA jest dodatkowo wrażliwy na wiele substancji o zróżnicowanej budowie chemicznej i działaniu. Dla lepszego zrozumienia na początku wydrukowano model prezentujący faktyczny wygląd receptora jako pofałdowanego białka o złożonej budowie. Następnie opracowano i wydrukowano uproszczony ruchomy model receptora, a ostatecznie model z zaznaczonymi miejscami wiązania wybranych substancji: diazepamu, alprazolamu, flumazenilu, bikukuliny oraz pikrotoksyny. Miejsca wiązania w modelu oparto o struktury trójwymiarowe receptora z substancjami otrzymane metodą mikroskopii elektronowej oraz krystalograficznie – dostępne w Protein Data Bank.

Realistyczny model receptora GABA oparty na budowie tworzących go białek. Po lewej stronie widoczne są struktury podporowe usuwane po procesie druku 3D. Po prawej gotowy model.

Oprócz szczegółowych informacji na temat budowy i działania receptora GABA oraz wpływu leków na jego działanie, studenci mieli okazję zgłębić także szczegóły druku 3D, który od kilku lat jest coraz powszechniej wykorzystywany w GUMed. Nauczyli się podstaw projektowania obiektów trójwymiarowych, opracowywania ich i przygotowania plików do druku, pracy z drukarką oraz rozwiązywania problemów. Postęp prac od samego początku był rejestrowany w serwisie Facebook na profilu Druku 3D GUMed, Chemia Farmaceutyczna. Znajdują się tam najważniejsze informacje z poszczególnych etapów realizacji, od pozyskania i korzystania ze struktur PDB, poprzez opracowanie modelu, wirtualne cięcie go w programie Z-Suite, aż do druku 3D na drukarce Zortrax Inventure, otrzymanej na potrzeby realizacji projektu od firmy Zortrax współpracującej z badaczami. Końcowy efekt prac jest widoczny w filmie.

Druk 3D prężnie się rozwija i znajduje zastosowanie w kolejnych gałęziach przemysłu i nauki. W dziedzinie medycyny wykorzystywany jest z powodzeniem, m.in. do drukowania spersonalizowanych protez lub trójwymiarowych modeli anatomicznych ułatwiających zaplanowanie procedur medycznych. W farmacji intensywnie rozwijane są drukowane postaci leku oraz różnorodne sposoby usprawnienia analityki farmaceutycznej. W Katedrze i Zakładzie Chemii Farmaceutycznej GUMed od kilku lat druk 3D jest wykorzystywany w rozwijaniu nowych rozwiązań analitycznych, m.in. poprzez zastosowanie nowych materiałów do ekstrakcji leków z prób biologicznych.