Biotechnologii Molekularnej Komórek

 

Lider zespołu

prof. dr hab. Maciej Wnuk; mwnuk@ur.edu.pl,ORCID 0000-0002-8518-6670

Profesor Maciej Wnuk jest naukowcem i badaczem w dziedzinie nauk przyrodniczych, specjalizującym się w biotechnologii. Jego kariera naukowa charakteryzuje się interdyscyplinarnym postępem w dyscyplinach biologicznych, rolniczych i biotechnologicznych. Profesor Wnuk zainicjował swoją kadencję akademicką na Uniwersytecie Rzeszowskim, gdzie w 2004 roku otrzymał tytuł magistra biologii. Następnie rozwinął swoje badania w dziedzinie nauk rolniczych, specjalizując się w naukach o zwierzętach. W 2008 roku uzyskał stopień doktora przez Narodowy Instytut Badawczy Produkcji Zwierzęcej. W 2015 roku, po znaczącym wkładzie w rozwój swojej dziedziny, osiągnął stopień doktora habilitowanego w dziedzinie nauk biologicznych. Stopień został przyznany przez Wydział Biologii i Biotechnologii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie w dyscyplinie Biologia. W uznaniu jego wybitnych osiągnięć naukowych i dalszego przywództwa w badaniach, ostatecznie został nagrodzony tytułem Profesora. Obecnie jego główne zainteresowania naukowe leżą w dyscyplinie biotechnologia, gdzie integruje podstawowe zasady biologiczne z zaawansowanymi metodologiami nauk przyrodniczych. Jest ekspertem w poruszaniu się po złożonych systemach biologicznych i ich zastosowaniach biotechnologicznych. Prof. Wnuk jest również członkiem redakcji Biogerontology (Springer), serii publikacji „The Healthy Ageing and Longevity” (Springer), czasopisma Gens (MDPI), sekcji Cancer Research czasopisma Heliyon (Cell Press/Elsevier), czasopisma Analytical Cellular Pathology (John Wiley & Sons, Inc.), czasopisma BioMed Research International (John Jest również członkiem Rady Doskonałości Naukowej S na kadencję 2024-2027 w dziedzinie biotechnologia oraz sekretarzem Komitetu Biotechnologicznego Polskiej Akademii Nauk.

 

Członkowie grupy badawczej

Olga Kołodziej, Bernadetta Oklejewicz, Maciej Wnuk, RaviKumar Kapavarapu

(nieobecne: Viera Schwarzbacherova, Angelika Macior-Łannik, Katarzyna Solarska Ściuk)

 

Badania

Portfolio badawcze grupy kierowanej przez prof. Macieja Wnuka, na podstawie dostarczonych osiągnięć i trajektorii naukowej.  

1. 1. Zaawansowane narzędzia do analizy niestabilności genetycznej

Grupa ustanowiła unikalny "warsztat metodologiczny" do analizy DNA na poziomie jednokomórkowym, wypełniając lukę między badaniami drożdży podstawowych, biotechnologią przemysłową i diagnostyką kliniczną.

  • Pioneering Yeast PRINS : First to adaptacja techniki PRINS (Primed In Situ Synthesis) dla S. cerevisiae. Pozwala to na wykrywanie sekwencji rDNA i monitorowanie zmian jądrowych podczas cyklu komórkowego i stresu oksydacyjnego.
  • Pojedynczy test komety chromosomowej: Zastrzeżona procedura, która analizuje uszkodzenia DNA i stres replikacyjny w obrębie poszczególnych chromosomów wcześniej oddzielonych przez PFGE (Pulse Field Gel Electrophoresis). Ta metoda oferuje doskonałą czułość w porównaniu z tradycyjnymi testami populacyjnymi.
  • Całe sondy do oznaczania chromosomów (WCP): Opracowano i opatentowano panel sond do etykietowania całych chromosomów drożdży za pomocą FISH. Narzędzia te są wykorzystywane do monitorowania spontanicznej aneuploidii w szczepach laboratoryjnych i przemysłowych,.
  • Flow-FISH i cytometria obrazowa: Ostatnie postępy obejmują dostosowanie protokołów cytogenetycznych do przepływowej cytometrii obrazowej umożliwiając wysokoprzepustową, zautomatyzowaną analizę nieprawidłowości chromosomowych w zawiesinach drożdży.

2. Nanobiotechnologia i bezpieczeństwo biologiczne (nanotoksykologia)

Od 2013 roku grupa krytycznie ocenia wpływ nanomateriałów na ludzkie komórki, identyfikując zarówno ryzyko jak i potencjalne korzyści terapeutyczne.

  • Przedwczesne starzenie komórkowe wywołane stresem (SIPS): Wykazano, że nanocząstki (złoto, srebro, nanodiamenty) mogą wywołać przedwczesne starzenie się w ludzkich fibroblastach poprzez utratę jądrowej Laminy B1 i aktywację szlaku p53 / p21.
  • Efekty hormonalne: Zidentyfikowano, że niskie dawki niektórych substancji mogą działać jako hormetyny, poprawiając przeżycie komórek i opóźniając starzenie się za pośrednictwem szlaków Nrf2 i FOXO3A.
  • Fotostymulowana regeneracja: We współpracy z międzynarodowymi partnerami (CNR Italy) grupa wykorzystała nanocząstki polimeru P3HT do zależnej od światła kontroli regeneracji tkanek u Hydra vulgaris i ludzkich keratynocytach. 

3. Ukierunkowane systemy onkologii i dostarczania leków

Grupa opracowuje "inteligentne" platformy dostawcze, aby zwiększyć skuteczność chemioterapeutyków i przezwyciężyć lekooporność.

  • Nanoplatforma senolityczna: Obecne przywództwo w projektach (2022–2026) rozwijających nanowłókna (PEO/PLA) powstałe przez elektroprzędzenie  w celu dostarczania nutraceutyków (np. kwercetyny) w szczególności w celu wyeliminowania starczych komórek nowotworowych.
  • Terapia oparta na Dendrimerach: Wykorzystanie dendrymerów PAMAM (G3) jako nośników dla Lapatinib i Fulvestrant, wykazując zwiększoną eliminację komórek raka piersi poprzez autofagię i apoptozę.
  • Hipertermia magnetyczna: Badania nad nanocząstkami Fe3O4 w celu ukierunkowanego zniszczenia potrójnie ujemnych komórek raka piersi za pośrednictwem hipertermii ferroptozy. 

4. Ukierunkowana nanoterapeutyka i śmierć komórek dwumodowych

Znaczący filar badawczy koncentruje się na inżynierii wielofunkcyjnych nanoplatform magnetycznych zaprojektowanych w celu selektywnej identyfikacji i eliminacji populacji komórek odpornych poprzez ścieżki synergiczne.

  • Senolityczne precyzyjne celowanie: Opracowano nanoplatformę magnetyczną wykorzystującą celowanie CD26 w konkretne obszary starzejących się komórek. Dostarczając inhibitory HSP90 bezpośrednio do tych rejonów,system uruchamia podwójnie zabójczy mechanizm obejmujący zarówno apoptozę, jak i ferroptozę, skutecznie oczyszczając komórki "zombie", które napędzają przewlekłe zapalenie.
  • Modyfikacja powierzchni i skuteczność o szerokim spektrum działania: Oceniono potencjał przeciwnowotworowy nanocząstek tlenku żelaza modyfikowanych przez urotropinę w rozległym panelu czterdziestu linii komórkowych raka piersi. Ta systematyczna kontrola dowiodła, że funkcjonalizacja powierzchni specyficznej zwiększa wychwyt komórkowy i cytotoksyczność, zapewniając podstawy spersonalizowanej nanomedycyny w oparciu o określone podtypy raka piersi.

5. Identyfikacja nowego celu terapeutycznego

Główny filar badawczy obejmuje kompleksową charakterystykę metylotransferazy RNA TRDMT1 w biologii nowotworów.

  • Telomer Homeostaza: Udowodniono, że TRDMT1 moduluje długość telomeru poprzez interakcję z telomerazą i regulację ekspresji TERRA (Telomeric Repeat-conining RNA).
  • Adaptacja stresu: Wykazano, że TRDMT1 działa jako czynnik plejotropowy w adaptacyjnej odpowiedzi komórek nowotworowych na chemioterapię. Jego brak uwrażliwia komórki na stres ER, ale może również promować wtórne aberracje chromosomowe.

6. Rozwój pochodnych flawonoidów ukierunkowanych na mitochondria

Główny nacisk badawczy obejmuje chemiczną modyfikację naturalnych polifenoli w celu zwiększenia ich akumulacji w mitochondriach i selektywnej toksyczności wobec opornych populacji komórek nowotworowych.

  • Selektywna eliminacja starzejących się komórek (senoliza): Wykazano, że ukierunkowane na mitochondria pochodne fisetyny wyraźnie zagrażają mitofagii w indukowanych przez leki starzejących się komórkach raka piersi. Zaburzając mitochondrialną pętlę kontroli jakości związki te wywołują apoptozę szczególnie w komórkach "zombie", które w inny sposób przyczyniają się do nawrotu guza.
  • Podatność metaboliczna i genetyczna: Udowodniono, że skuteczność pochodnych kwercetyny jest w dużym stopniu zależna od zależności między statusem mutacji p53 a dostępnością glukozy. Związki te wykorzystują metaboliczną nieelastyczność komórek nowotworowych, indukując dysfunkcję mitochondriów tym agresywniej im szlaki glikolityczne są ograniczone.
  • Dostawa specyficzna dla organelli: Zużyte kationy lipofilowe (takie jak trifenylofosfon) zwiększają stężenia fitochemikaliów w mitochondriach kilkaset razy. To ukierunkowane podejście omija ogólną toksyczność ogólnoustrojową, jednocześnie skutecznie zakłócając potencjał błony mitochondrialnej (Δψm) komórek złośliwych. 

7. Indukcja stresu redukcyjnego i kontrola autofagiczna

Ten kierunek badań wykorzystuje nanomateriały kapsułkowane węglem do manipulowania stanem redoks i degradacyjnymi szlakami odpornych na terapię komórek nowotworowych.

  • Cytotoksyczność za pośrednictwem stresu redukcyjnego: Wykazano, że nanocząstki tlenku żelaza powlekanego węglem indukują głęboki stan stresu redukcyjnego w indukowanych przez leki starzejących się komórkach raka piersi. To przesunięcie biochemiczne zakłóca równowagę wewnętrzną komórki, omijając tradycyjne mechanizmy oporności na leki.
  • Autophagia pro-śmierciowa: Udowodniliśmy że te nanocząstki promują autofagię cytotoksyczną przekształcając mechanizm przetrwania w szlak śmierci komórki. Starzejące się komórki są zmuszane do trawienia własnych składników pod wpływem stresu, leczenie ogranicza ich przeżycie i zapobiega nawrotom guza po chemioterapii.

8. Modelowanie molekularne interakcji między związkami o niskiej masie cząsteczkowej a białkami: zintegrowane podejście w silikonach.

Ta linia badawcza koncentruje się na ustanowieniu precyzyjnego "warsztatu metodologicznego" zaprojektowanego w celu wypełnienia luki między statyczną biologią strukturalną a dynamicznym zaangażowaniem w leczenie. Dzięki integracji wieloskalowych narzędzi obliczeniowych grupa rozszyfrowuje złożone profile termodynamiczne i kinetyczne związków o niskiej masie cząsteczkowej.

 

Wybrane 5 publikacji (2023-2025)

  • Deręgowska A, Solarska-Ściuk K, Wnuk M, Schwarzbacherová V. Pig as an Interorgan Communication Model and Its Applications in Biomaterials, Drug Delivery, and Bioengineering Research. Compr Physiol. 2025 Oct;15(5):e70043. doi: 10.1002/cph4.70043.

  • Solarska-Ściuk K, Pruchnik H. A Critical View on the Biocompatibility of Silica Nanoparticles and Liposomes as Drug Delivery Systems. Mol Pharm. 2025 Jun 2;22(6):2830-2848. doi: 10.1021/acs.molpharmaceut.5c00501.

  • Tommasini G.,  Sol-Fernández S. D.,  Flavián-Lázaro A. C.,  Lewinska A.,  Wnuk M.,  Tortiglione, C. Moros M., Remote Magneto–Thermal Modulation of Reactive Oxygen Species Balance Enhances Tissue Regeneration In Vivo. Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2405282. doi/10.1002/adfm.202405282

  • Lewinska A, Adamczyk-Grochala J, Wnuk M. TRDMT1-mediated RNA C-5 methylation as a novel target in anticancer therapy. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2023 Nov;1878(6):188964. doi: 10.1016/j.bbcan.2023.188964

  • Collins A, Møller P, Gajski G, Vodenková S, Abdulwahed A, (…) Wnuk M, Wouters A, Žegura B, Zikmund T, Langie SAS, Azqueta A. Measuring DNA modifications with the comet assay: a compendium of protocols. Nat Protoc. 2023 Mar;18(3):929-989. doi: 10.1038/s41596-022-00754-y.

 

Projekty

  • Nanoplatforma na bazie nanowłókien elektroprzędzy do dostarczania nowych pochodnych nutraceutycznych w celu wyeliminowania indukowanych chemioterapią strzeżonych komórek raka piersi nr. UMO-2021/43/B/NZ7/02129, Narodowe Centrum Nauki, 2,191,240,00 PLN, OPUS 2022-2027
  • Rola metylotransferazy DMT2 w regulacji plastyczności genomowej w komórkach nowotworowych, 2017/25/B/NZ2/01983, Narodowe Centrum Nauki, 1 432 920 PLN, OPUS 2018-2023

 

Patenty

  • PL244105 Test do wykrywania delecji homozygotycznej CTTACCTGT w ludzkim genie FUCA1 i sposób wykonania testu
  • PL244546 Niekonwencjonalny szczep drożdży Aureobasidium pullulans URC2 zdolny do wydajnej produkcji kwasu linolowego w standardowym pożywce YPD
  • PL240001 Metoda wytwarzania naturalnego biokompozytu z jednokomórkowych mikroalg rodzaju Planktochlorella sp. jako modulator wzrostu mikroorganizmów z wykorzystaniem zjawiska fotoprogramowania metabolicznego
  • PL247297 Metoda otrzymywania bioaktywnej włókniny do stosowania w opatrunku przeciwnowotworowym
  • PL243045 Produkcja i zastosowanie produktu pigmentowego na bazie ekstraktu Serratia marcescens jako tworzywa sztucznego i materiału artystycznego

 

Współpraca naukowa

  • Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, INMA (CSIC-Universidad de Saragossa), C/ Pedro Cerbuna 12, 50009, Saragossa, Hiszpania.
  • Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti "E. Caianiello, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Campi Flegrei 34, Pozzuoli, 80078, Włochy
  • Organoid Platform Max Delbrück Center Berlin Institute for Medical Systems Biology (MDC-BIMSB), niemiecki
  • Katedra Biologii i Fizjologii, Uniwersytet Medycyny Weterynaryjnej i Farmacji w Koszycach, Koszyce, Słowacja
  • Zakład Biomedycyny, Neuronauki i Zaawansowanej Diagnostyki (BIND), Uniwersytet w Palermo, 90127 Palermo, Włochy
  • Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski, Warszawa, Polska, Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice, Polska
  • Centrum Medycyny Doświadczalnej i Innowacyjnej, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Redzina 1C, 30 248, Kraków
  • Laboratorium Genomiki, Narodowy Instytut Badawczy Produkcji Zwierzęcej, Krakowska 1, Balice 32-083, Polska.