Zakład Neurochemii


Profil badawczy

Neurobiologiczne i molekularne aspekty:

  • bólu przewlekłego,
  • depresji,
  • uzależnienia,
  • neurodegeneracji,
  • neuroprotekcji
  • oraz mechanizmy działania terapii przeciwdepresyjnych i neuroprotekcyjnych.


Celem prowadzonych badań jest poznanie mechanizmów molekularnych regulujących procesy neuroplastyczne w układzie endogennych kanabinoidów (endokanabinoidów). System ten jest zaangażowany w kontrolę procesów motywacji, poszukiwania nagrody oraz odczuwania bólu. Interesującym kierunkiem badań jest łączenie doświadczeń́ bólowych z aktywnością̨ mezolimbicznego układu nagrody, jak również wskazanie mechanizmu uczenia jako kluczowego elementu utrzymujących się efektów silnego bólu. Zrozumienie roli endokanabinoidów w kontroli transmisji bólowej na poziomie układu nagrody wyznaczy nowe kierunki poszukiwań́ skutecznych leków analgetycznych. Możliwość poznania zaburzeń funkcji ośrodkowego układu nerwowego (OUN) w bólu przewlekłym w kontekście układu nagrody oraz mechanizmów uczenia pod wpływem aktywacji układu endokanabinoidowego obejmuje wartościowy warsztat technik badawczych stosowanych od wielu lat w Zakładzie Neurochemii.

Celem prac eksperymentalnych prowadzonych w dziedzinie neurofarmakologii i w Zakładzie Neurochemii jest próba znalezienia leków o większej terapeutycznej skuteczności niż obecnie stosowane, a także o możliwie niewielkim działaniu niepożądanym. W przypadku poszukiwania skuteczniejszej terapii choroby (depresji, uzależnienia, chorób neurodegeneracyjnych) których przyczyna nie jest dokładnie określona i brak jest wiarygodnych markerów znalezienie skutecznie i przyczynowo działających leków wymaga wcześniejszego poznania istotnych mechanizmów prowadzących do powstania choroby. Badania zmierzające do lepszego poznania przyczyn chorób oraz działania potencjalnych leków prowadzone są głównie w modelach zwierzęcych, które w znacznym stopniu przybliżają badaczowi możliwość poznania zaburzeń funkcji OUN mogących być przyczyną wystąpienia danej jednostki chorobowej. Depresja, uzależnienia od substancji psychoaktywnych, a także choroby neurodegeneracyjne (choroba Parkinsona, Alzheimera) są poważnym zagrożeniem dla funkcjonowania człowieka, ale pomimo intensywnych badań o niepoznanej do chwili obecnej etiologii. Diagnostyka tych schorzeń możliwa jest dopiero na późnym, nieodwracalnym etapie, a dostępne terapie objawowe mało skuteczne i obarczone niepożądanymi efektami ubocznymi. W Zakładzie Neurochemii bada się procesy prowadzące do zachowań depresyjnych, uzależnień oraz procesy neurotoksyczne z zastosowaniem wielu zwierzęcych modeli tych zaburzeń funkcji OUN. Przebieg procesów neurodegeneracyjnych oraz ocena przeciwdepresyjnego czy przeciwuzależnieniowego potencjału badanych substancji oceniana jest na trzech niezależnych poziomach: behawioralnym, biochemicznym i molekularnym. Poszukuje się markerów różnych stadiów choroby Parkinsona, mechanizmów molekularnych prowadzących do neurotoksyczności oraz depresji, a przede wszystkim nowych leków mogącym zapobiegać tym niekorzystnym mechanizmom w mózgu.

Ponadto, w Zakładzie prowadzone są badania, których celem jest opracowanie nowych metod leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów (osteoartrozy, OA) i towarzyszącym jej stanom bólowym. Badania skupiają się na określeniu znaczenia aktywności synowiocytów błony maziowej w bólu związanym z OA oraz badające wpływ mezenchymalnych komórek macierzystych na regenerację uszkodzeń tkankowych u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów.

Metody badawcze

  • behawioralne: automatyczny pomiar aktywności lokomotorycznej w aktometrach, obserwacje zachowania szczurów i myszy: test wolnego pola, test katalepsji, test wymuszonego pływania (FST), test zawieszenia za ogon jako modele zachowań pro i przeciwdepresyjnych, doświadczalne, zwierzęce modele bólu przewlekłego (neuropatycznego) i bólu związanego z osteoartrozą; testy oceniajace symptomy bólowe w bólu przewlekłym: test wrażliwości na bodziec dotykowy, wrażliwości stawu kolanowego na nacisk, test oceniający dystrybucję ciężaru ciała u zwierząt swobodnie poruszających się
  • operacje stereotaktyczne mózgu szczura
  • domózgowe podania związków
  • metody biochemiczne: oznaczanie poziomu amin biogennych i ich metabolitów, analiza szybkości metabolizmu w strukturach mózgu metodą HPLC z ED, oznaczanie stężenia pobudzających aminokwasów metodą kulometryczną HPLC z UV detekcją,
  • metody biochemiczne in vivo: mikrodializa struktur mózgu i oznaczanie zewnątrzkomórkowego stężenia neurotransmiterów i ich metabolitów
  • metody radioizotopowe: oznaczanie wypierania radioaktywnych ligandów z receptora, oznaczanie gęstości i powinowactwa receptorów (Bmax, Kd), wychwytu monoamin w skrawkach mózgu, aktywność enzymów
  • analiza ekspresji genów na poziomie mRNA:
    - izolacja i oczyszczanie RNA z materiału zwierzęcego i komórkowego
    - metoda qPCR (PCR w czasie rzeczywistym)
    - analiza wyników mikromacierzy mRNA
  • analiza ekspresji genów na poziomie białka:
    -ilościowe oznaczanie białka w materiale biologicznym techniką Western blot
    - przygotowanie materiału zwierzęcego do barwienia immunofluorescencyjnego (perfuzja, utrwalenie i sekcjonowanie tkanki)
    - jakościowe oznaczanie białka w materiale biologicznym metodą immunofluorescencji
  • badania in vitro:
    Prowadzenie pierwotnych hodowli komórkowych chondrocytów i osteoblastów
    Testy biochemiczne:
    - Test oceniający aktywację komórek (test Griessa)
    - Test oceniający żywotność komórek (test MTT)
    - Test oceniający proliferację komórek (test BrdU)
    - Test oceniający cytotoksyczność (test LDH)

Najważniejsze odkrycia w ciągu ostatnich 3 lat

Wykazanie i wypromowanie endogennej aminy 1-metylo-1,2,3,4-tetrahydroizochinoliny (1MeTIQ) jako substancji neuroprotekcyjnej o istotnym przeciwuzależnieniowym i przeciwdepresyjnym działaniu co skutkowało wprowadzeniem w 2015 roku 1MeTIQ do katalogu międzynarodowej firmy Sigma-Aldrich (nr kat. 4965-09-7) w oparciu o opublikowane przez nas na przestrzeni ostatnich lat wyniki badań.

Wykazanie wyższej skuteczności przeciwbólowej związku skierowanego na dwa cele molekularne (OMDM-198: hamującego aktywność FAAH i blokującego receptor TRPV1) w stosunku do substancji działających na jeden układ receptorowy, co może przyczynić się do powstania nowej, skuteczniejszej i powszechnie stosowanej terapii bólu przewlekłego (Malek i wsp., PAIN,2015).

Najważniejsze prace

  1. 1-Methyl-1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline, an endogenous amine with unexpected mechanism of action: new vistas of therapeutic application. Neurotox. Res. 2014, 25:1-12
  2. Antidepressant–like effect of tetrahydroisoquinoline amines in the animal model of depressive disorder induced by repeated administration of a low dose of reserpine:behavioral and neurochemical studies in rat. Neurotox. Res. 2014, 26:85-98
  3. A multi-target approach for pain treatment: dual inhibition of fatty acid amide hydrolase and TRPV1 in a rat model of osteoarthritis. Pain. 2015 May;156(5):890-903

Współpraca z ośrodkami naukowymi krajowymi

  1. Prof. dr hab. Zbigniew Madeja oraz dr hab. Justyna Drukała, Zakład Biologii Komórki, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ
  2. Dr Marcin Binkowski, Laboratorium Mikrotomografii, Zakład Komputerowych Systemów Biomedycznych, Instytut Informatyki, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Uniwersytet Śląski
  3. Dr hab. Ewa Zuba-Surma, Laboratorium Biotechnologii Komórek Macierzystych, Zakład Biologii Komórki, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ


Współpraca z ośrodkami naukowymi zagranicznymi

  1. Prof. Vincenzo Di Marzo, Institute of Biomolecular Chemistry of the National Research Council (ICB-CNR), Pozzuoli, Neapol, Włochy/ Canada Research Excellence, Uniwersytet Laval, Quebeck, Kanada
  2. Prof. Stephen McMahon, Wolfson Centre For Age-Related Diseases, King’s College London, Wielka Brytania
  3. Prof. Roger G. Pertwee School of Medical Sciences Institute of Medical Sciences University of Aberdeen, Wielka Brytania
  4. Prof. Ganesh A. Thakur, Department of Pharmaceutical Sciences, School of Pharmacy, Bouvé College of Health Sciences, Northeastern University, Boston, Stany Zjednoczone

Wszystkie publikacje
  • Opracowanie zoptymalizowanych metod leczenia uszkodzeń tkankowych w oparciu o innowacyjne kompozyty oraz mezenchymalne komórki macierzyste i ich pochodne u pacjentów z chorobami cywilizacyjnymi (akronim: BioMiStem), Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    STRATEGMED NCBiRkierownik grantu dr hab. Ewa Zuba-Surma, Uniwersytet Jagielloński (lider), Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Instytut Farmakologii PAN w Krakowie, Instytut Zootechniki - Państwowy Instytut Badawczy w Krakowie oraz Galen-Ortopedia Sp. z o.o 
  • Znaczenie aktywności synowiocytów błony maziowej w bólu związanym z chorobą zwyrodnieniową stawów , Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    OPUS NCN
  • Określenie roli rdzeniowych receptorów waniloidowych i ich endogennych ligandów w farmakologii i terapii bólu neuropatycznego, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    MNiSW 
  • The role of spinal TRPV1 vanilloid receptors in the analgesic effects of anandamide in a model of neuropathic pain, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    HOMING FNP
  • Interakcja pomiędzy endokanabinoidami i endowaniloidami jako nowy cel terapeutyczny w bólu neuropatycznym, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    LIDER NCBiR
  • Poszukiwanie farmakoterapii choroby zwyrodnieniowej stawów (OA): receptory TRPV1 i CB1 i ich endogenne ligandy jako nowe cele interwencji farmakologicznej”, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    SONATA BIS NCN
  • Rola obwodowych receptorów kanabinoidowych CB2 w terapii choroby zwyrodnieniowej stawów, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    OPUS NCN
Wszystkie granty
  • Nagroda Narodowego Centrum Nauki za osiągnięcia w zakresie badań podstawowych w obszarze nauk o życiu, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    Środa, 12 Października 2016
  • Stypendium habilitacyjne L’Oréal Polska dla Kobiet i Nauki, Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    Czwartek, 22 Listopada 2012
  • Stypendium START Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej , Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak
    Wtorek, 8 Marca 2005
Wszystkie nagrody
Kierownik zakładu

Dr hab. Katarzyna Starowicz - Bubak

Telefon: +48 12 6623206
E-mail: starow@if-pan.krakow.pl