Omówienie pozostałych opublikowanych prac naukowych

Cykl prac poświęconych badaniom fizycznej stabilności amorficznych substancji leczniczych:

Z. Wojnarowska, W. Smolka, J. Zotova, J. Knapik-Kowalczuk, A. Sherif, L. Tajber and M. Paluch The Effect of Electrostatic Interactions on the Formation of Pharmaceutical Eutectics, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018: Vol20, No.43, p.27361-27367

[IF=3,567; MNiSW= 40]

– mój udział w pracy polegał na analizie pomiarów kalorymetrycznych oraz konstrukcji diagramów fazowych.

Rams-Baron M., Wojnarowska Z., Grzybowska K., Dulski M., Knapik J., Jurkiewicz K., Smolka W., Sawicki W., Ratuszna A., Paluch M. Toward a Better Understanding of the Physical Stability of Amorphous Anti-Inflammatory Agents: The Roles of Molecular Mobility and Molecular Interaction Patterns., Mol.Pharm., 2015: Vol.12, No.10, p.3628-3638

[IF=4,342; MNiSW= 40]

- mój udział w pracy polegał na przygotowaniu koncepcji pracy, analizie pomiarów kalorymetrycznych oraz przygotowaniu ostatecznej wersji manuskryptu.

34 E. Kaminska, K. Adrjanowicz, D. Zakowiecki, B. Milanowski, M. Tarnacka, L.

Hawelek, M. Dulski, J. Pilch, W. Smolka, I. Kaczmarczyk-Sedlak & K. Kaminski Enhancement of the Physical Stability of Amorphous Indomethacin by Mixing it with Octaacetylmaltose. Inter and Intra Molecular Studies,Pharm.Res., 2014 : Vol.31, No.10, p.2887-2903

[IF=3,420; MNiSW= 40]

- mój udział w pracy polegał na przygotowaniu koncepcji pracy, analizie pomiarów kalorymetrycznych oraz przygotowaniu ostatecznej wersji manuskryptu.

[Łączny IF=11,329: MNiSW= 120]

W swojej pracy naukowej uczestniczyłem również w interdyscyplinarnych badaniach fizykochemicznych amorficznych substancji o działaniu znieczulającym oraz przeciwzapalnym. Zgodnie z najnowszymi doniesieniami amorfizacja, polegająca na wytworzeniu materiału nieposiadającego dalekozasięgowego uporządkowania charakterystycznego dla kryształu, jest metodą prowadzącą do znacznej poprawy rozpuszczalności leku, a w konsekwencji jego biodostępności i skuteczności.

Zwiększona rozpuszczalność materiałów amorficznych wynika z faktu, iż charakteryzuje je większa wartość energii swobodnej Gibbsa w porównaniu z ich odpowiednikami krystalicznymi. Niestety, również z tego samego powodu, materiały amorficzne są termodynamicznie niestabilne tzn. w trakcie przechowywania bardzo często ulegają rekrystalizacji, jednocześnie tracąc korzyści płynące ze stanu amorficznego. Z tego powodu w chwili obecnej przeważająca większość substancji leczniczych dostępnych na rynku farmaceutycznym posiada postać krystaliczną.

Niemniej jednak, produkcja leków amorficznych stanowi jedno z ważniejszych zadań, jakie stawia przed sobą nowoczesny przemysł farmaceutyczny. Nasze zainteresowanie skupiało się nad otrzymywaniem amorficznych leków o działaniu znieczulającym oraz przeciwzapalnym – środków będących jednymi z najczęściej wykorzystywanych w leczeniu schorzeń laryngologicznych.

Wśród środków znieczulających jednym z najczęściej stosowanych jest preparat na bazie lidokainy oraz prylokainy, będący mieszaniną eutektyczną w postaci emulsji.

35 Jego mechanizm działania polega na blokowaniu kanałów sodowych, co prowadzi do zahamowania szybkiego przepływu jonów sodu i niedopuszczenia do depolaryzacji neuronu pod wpływem bodźca. Po zastosowaniu na błony śluzowe przez 5–10 min zapewnia znieczulenie umożliwiające np. leczenie laserem argonowym przez 15–20 min. Z uwagi na większą toksyczność prylokainy oraz fakt, że lek ten metabolizuje się nie tylko w wątrobie (jak lidokaina) ale także w nerkach, co może być problemem dla pacjentów z problemami nefrologicznymi, korzystnym byłoby opracowanie preparatu binarnego charakteryzującego się większym stężeniem lidokainy. Publikacja zatytułowana: “The effect of electrostatic interactions on the formation of pharmaceutical eutectics” podejmuje ten problem. Diagram fazowy skonstruowany dla mieszanin lidokainy i prylokainy przy użyciu skaningowej kalorymetrii różnicowej ujawnił, że dowolne zwiększenie koncentracji lidokainy w mieszaninie powyżej koncentracji eutektycznej prowadzi do otrzymania preparatu amorficznego. Niemniej jednak, wzrost stężenia lidokainy wiąże się także ze wzmożoną tendencją preparatu do rekrystalizacji, co znacznie utrudnia, a nawet uniemożliwia jego aplikację.

Alternatywnym rozwiązaniem problemu okazało się przygotowanie mieszanin binarnych posiadających w swoim składzie chlorowodorki lidokainy i prylokainy zamiast zasadowych form tych leków. Co ciekawe, punkt eutektyczny gwarantujący stabilność fizyczną preparatu, przypada dla koncentracji 4 mole/1 mol, na korzyść lidokainy. Dodatkowo, z uwagi na jonowy charakter zastosowanych farmaceutyków zwiększa się zdolność przenikania preparatu przez błony biologiczne, co jest jego niewątpliwą zaletą. A zatem, znieczulająca mieszanina eutektyczna chlorowodorków lidokainy i prylokainy, charakteryzująca się mniejszą toksycznością dla pacjenta oraz większą szybkością działania, może stanowić alternatywę dla preparatów dostępnych już na rynku. Wyniki badań przedstawione powyżej powstały we współpracy z naukowcami z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

Kolejne dwie prace wykonane również we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach dotyczą jednej z najpowszechniej stosowanych grup leków tj. niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ). Ze względu na przeciwzapalne, przeciwgorączkowe, a przede wszystkim przeciwbólowe działanie NLPZ są często wykorzystywane podczas leczenia schorzeń laryngologicznych.

Większość NLPZ to substancje trudno rozpuszczalne w wodzie. Dodatkowo ich stosowanie wiąże się z relatywnie wysokim ryzykiem wystąpienia działań niepożądanych. Poprawa rozpuszczalności tych leków poprzez amorfizację może nie

36 tylko przyczynić się do podniesienia biodostępności NLPZ, ale również może doprowadzić do zwiększenia bezpieczeństwa ich stosowania. Aktualnie prowadzone prace nad amorficznymi postaciami leków w dużej mierze skupiają się na zrozumieniu czynników determinujących fizyczną stabilność tj. decydujących, po jakim czasie układ amorficzny powróci do termodynamicznie stabilnej formy krystalicznej. Wyniki przedstawione w pracy zatytułowanej: „Toward a Better Understanding of the Physical Stability of Amorphous Anti-Inflammatory Agents: The Roles of Molecular Mobility and Molecular Interaction Patterns” podkreślają rolę czynników molekularnych w tym procesie. Porównanie własności trzech inhibitorów cyklooksygenazy-2 tj. celekoksybu, rofekoksybu i etorykoksybu ujawniło, że amorficzny etorykoksyb charakteryzuje najmniejsza tendencja do rekrystalizacji. Fakt ten wytłumaczono obecnością tautomerów, które oddziałując ze sobą tworzą tzw. heterodimery spowalniające proces krystalizacji. Podobny efekt spowolnienia procesu rekrystalizacji można osiągnąć mieszając amorficzną substancję czynną z substancjami pomocniczymi i przygotowując tzw. amorficzne stałe rozproszenia. Alternatywną do najczęściej stosowanych matryc polimerowych jest zastosowanie małocząsteczkowych substancji, takich jak acetylowane cukry. W pracy zatytułowanej: “Enhancement of the Physical Stability of Amorphous Indomethacin by Mixing it with Octaacetylmaltose. Inter and Intra Molecular Studies” szczegółowej charakterystyce poddano amorficzną mieszaninę indometacyny i acetylowanej maltozy (acMAL). Badania te wykazały, że nawet niewielka ilość zmodyfikowanej maltozy zapobiega rekrystalizacji leku. Zwiększenie udziału acMAL w binarnej mieszaninie powoduje, że oddziaływania pomiędzy lekiem i maltozą są silniejsze od oddziaływań między cząsteczkami leku. W konsekwencji amorficzna indometacyna w mieszaninie z acetylowaną maltozą nie rekrystalizowała w czasie przechowywania w temperaturze pokojowej przez ponad 1,5 roku.

Kolejny obszar moich zainteresowań naukowych oscyluje wokół szeroko rozumianego połączenia medycyny ze sportem wyczynowym.

Cieszczyk, Pawel; Zarebska, Aleksandra; Jastrzebski, Zbigniew; Sawczyn, Michal;

Kozakiewicz-Drobnik, Izabela; Leonska-Duniec, Agata; Kaczmarczyk, Mariusz;

Maciejewska-Skrendo, Agnieszka; Zmijewski, Piotr; Trybek, Grzegorz; Smolka, Wojciech; Pilch, Jan; Leznicka, Katarzyna; Lulinska-Kuklik, Ewelina; Sawczuk,

37 Marek; Massidda, Myosotis. Does the MTHFR A1298C Polymorphism Modulate the Cardiorespiratory Response to Training? J.Hum.Kinet., 2016: Vol.54, p.43-53

[IF=0,798; MNiSW= 20]

Wkład w powstanie pracy: współudział w przygotowaniu koncepcji pracy, przygotowanie procedur pomiarowych, wykonanie analizy wyników i ich omówienie, współudział w przygotowaniu manuskryptu.

Wariant polimorficzny A1298C genu 5,10-metylenotetrahydrofolianu (MTHFR) A1298C posłużył jako czynnik wyjaśniający indywidualne różnice w umiejętnościach potreningowych w aspekcie treningu wysiłkowego. Celem badania było sprawdzenie, czy polimorfizm A1298C wpływał na wydolność tlenową i beztlenową, a także na skład ciała i masy u młodych kobiet po treningu aerobowym o niskiej intensywności. Badaniem objęto dwieście jeden kobiet w wieku 21 ± 1 lat (zakres 19–24 lata). Wszystkie ukończyły 12-tygodniowy program ćwiczeń i zostały zmierzone pod kątem wybranych cech somatycznych, wydolności tlenowej i wskaźników wydolności krążeniowo-oddechowej, a także szczytowej mocy beztlenowej i wydolności beztlenowej przed i po interwencji treningowej.

Przeprowadzono analizę wariancji ANOVA dla 20 zmiennych zależnych pogrupowanych w trzy kategorie. Nie zaobserwowano istotnej interakcji genotypu z treningiem zmiennych masy ciała i składu ciała. Chociaż były trzy istotne interakcje treningowe genotypu x dla zmiennych maksymalnego poboru tlenu, niezależnie od masy ciała, tj.: dla VO2max (p <0,05), HRmax (p <0,0001) i HRAT / HRmax (p

<0,0001). Znacząco większą poprawę VO2max uzyskano w grupie CC + AC w porównaniu z grupą genotypową AA. Obecne wyniki potwierdzają hipotezę, że indywidualne różnice w umiejętnościach potreningowych są przynajmniej częściowo determinowane przez składnik genetyczny, a MTHFR A1298C wydaje się być jednym z wielu zaangażowanych polimorfizmów.

Leonska-Duniec, Agata; Jastrzebski, Zbigniew; Zarebska, Aleksandra); Smolka, Wojciech; Cieszczyk, Pawel. Impact of the Polymorphism Near MC4R

38 (rs17782313) on Obesity- and Metabolic-Related Traits in Women Participating in an Aerobic Training Program., J.Hum.Kinet., 2017: Vol.58, p.111-119

[IF=1,174; MNiSW= 15]

Wkład w powstanie pracy: współudział w przygotowaniu koncepcji pracy, przygotowanie procedur pomiarowych, dobór odpowiednich narzędzi analitycznych, współudział w przygotowaniu manuskryptu, ostateczne zatwierdzenie wersji, która została opublikowana.

Polimorfizm C / T (rs17782313) zmapowany 188 kb poniżej genu receptora melanokortyny-4 (MC4R) wykazuje silny związek ze zwiększonym wskaźnikiem masy ciała (BMI) i ryzykiem cukrzycy typu 2. Jednak informacje o potencjalnym wpływie modyfikującym polimorfizm na cechy związane z otyłością i metabolizmem uzyskane podczas treningu są nadal nieznane. Dlatego postanowiliśmy sprawdzić, czy wybrane pomiary cech u osób aktywnych fizycznie były modulowane przez genotyp. Dlatego tez, rozkład genotypów zbadano w grupie 201 polskich kobiet mierzonych pod kątem wybranych cech przed i po zakończeniu 12-tygodniowego umiarkowanego intensywnie programu ćwiczeń aerobowych. Zidentyfikowano statystycznie istotny związek między poziomem glukozy a genotypem (p = 0,046). Uczestnicy z genotypami CC i CT mieli wyższy poziom glukozy podczas całego okresu badania w porównaniu z genotypem TT. Jednak nasze wyniki nie potwierdziły związku między allelem C a podwyższonym BMI lub innymi cechami związanymi z otyłością. Ponadto nie zaobserwowaliśmy interakcji polimorfizmu MC4R C / T z aktywnością fizyczną. Jednak nasze wyniki ujawniły, że większość zmiennych związanych z otyłością zmieniła się znacząco podczas 12-tygodniowego programu treningowego. Wielkość efektu (d) tych zmian wahała się od małego do średniego (d = 0,11-0,80), podczas gdy największy efekt (d = 0,80; tj. średni) odnotowano dla zawartości masy tłuszczowej (FM). Znaleźliśmy związek między Polimorfizmem MC4R C / T i podwyższonym poziomem glukozy.

Zatem polimorfizm ten wydaje się odpowiedzialny za oddziaływanie na cukrzycę typu 2. Co ciekawe, po 12 tygodniowym programie treningowym uczestnicy z allelem C (ryzyko) z hiperglikemią na czczo mieli normalny poziom glukozy. Chociaż zmiana ta nie była istotna statystycznie, pokazuje ważną tendencję, która wymaga dalszych badań.

39 Chycki, Jakub; Czuba, Milosz; Golas, Artur; Zajac, Adam; Fidos-Czuba, Olga;

Mlynarz, Adrian; Smolka, Wojciech: Neuroendocrine Responses and Body Composition Changes Following Resistance Training Under Normobaric Hypoxia.

J.Hum.Kinet., 2016: Vol.53, p.91-98

[IF=0,798; MNiSW= 20]

Wkład w powstanie pracy: współudział w przygotowaniu koncepcji pracy, opracowanie procedur gromadzenia danych, współudział w opracowaniu metodologii badań, współudział w przygotowaniu manuskryptu, ostateczne zatwierdzenie wersji, która została opublikowana.

Celem niniejszego badania była ocena wpływu 6-tygodniowego protokołu treningu oporowego w warunkach hipoksji (FiO2 = 12,9%, 4000 m) na przerost mięśni.

Projekt obejmował 12 mężczyzn przeszkolonych w zakresie treningu oporowego, losowo podzielonych na dwie grupy eksperymentalne. Grupa 1 (n = 6; wiek 21 ± 2,4 lat; wysokość ciała [BH] 178,8 ± 7,3 cm; masa ciała [BM] 80,6 ± 12,3 kg) i grupa 2 (n

= 6; wiek 22 ± 1,5 roku; BH 177,8 ± 3,7 cm; BM 81,1 ± 7,5 kg). Każda grupa wykonywała ćwiczenia oporowe na przemian w warunkach normoksycznych i hipoksycznych (4000 m) przez 6 tygodni. Wszyscy uczestnicy przestrzegali protokołu treningu, który obejmował dwie sesje treningowe tygodniowo przy intensywności ćwiczeń 70% 1RM; każda sesja treningowa składała się z ośmiu serii po 10 powtórzeń wyciskania na ławce i przysiadu ze sztangą, z 3 minutowymi okresami odpoczynku.

Wyniki wskazują, że trening siłowy w niedotlenieniu normobarycznym spowodował znaczny wzrost BM (p <0,01) i masy beztłuszczowej (FFM) (p <0,05) w obu grupach. Dodatkowo zaobserwowano znaczny wzrost (p <0,05) w stężeniach IGF-1 w spoczynku po 6 tygodniach treningu oporowego na hipoksję w obu grupach. Wyniki tego badania pozwalają stwierdzić, że trening oporowy (6 tygodni) w normobarycznych warunkach niedotlenienia powoduje większy przerost mięśni w porównaniu do treningu w warunkach normoksycznych.

40 Maszczyk, Adam; Golas, Artur; Pietraszewski, Przemyslaw; Kowalczyk, Magdalena;

Cieszczyk, Pawel; Kochanowicz, Andrzej; Smolka, Wojciech; Zajac, Adam.

Neurofeedback for the enhancement of dynamic balance of judokas. Biol.Sport:

2018, Vol.35, No.1, p.99-102 [IF=2,202; MNiSW= 15]

Wkład w powstanie pracy: współudział w przygotowaniu koncepcji pracy, opracowanie procedur gromadzenia danych, współudział w opracowaniu metodologii badań, współudział w przygotowaniu manuskryptu, ostateczne zatwierdzenie wersji, która została opublikowana.

W badaniu celem było określenie wpływu treningu NFB na równowagę dynamiczną u zawodników Judo. Do pomiarów równowagi użyłem platformy CQStab2P, natomiast w celu określenia amplitudy fal delta, theta, alfa i SMR, użyłem 8 kanałowego EEG Enobio (Neuroelectrics Instrument Controller, v 1.1 - NIC 1.1), z głowicą do treningu NFB - Biograph Infiniti Software. Analizy dotyczyły różnic pomiędzy pomiarami testowymi przed i po treningu NFB. Wyniki te potwierdziły wcześniejsze doniesienia dotyczące zastosowania neurofeedback’u w celu poprawy równowagi wśród zawodników sportów walki. Jednokierunkowa ANOVA z powtarzanymi pomiarami ujawniła statystycznie istotne różnice w grupie eksperymentalnej, w aspekcie amplitud fal theta, alfa i beta, między testem wstępnym, a testem końcowym. Zaobserwowano, że wartości theta i alfa obniżyły się, podczas gdy wartości beta wzrosły, co spowodowało znaczącą poprawę równowagi dynamicznej.

Wyniki uzyskane w przeprowadzonym przez zespół badaniu dowiodły, że trening neurofeedback może skutecznie poprawić dynamiczną równowagę zawodników judoków. Wykazano znaczenie treningu NFB jako wspomagającego proces treningowy zawodników Judo, w obszarach wymagających równowagi.

41 Gryc, Tomas; Stastny, Petr; Zahalka, Frantisek; Smolka, Wojciech; Zmijewski, Piotr; Golas, Artur; Zawartka, Marek; Maly, Tomas. Performance and Kinematic Differences in Putting Between Healthy and Disabled Elite Golfers., J.Hum.Kinet., 2017: Vol.60, p.233-241

[IF=1,174; MNiSW= 15]

Wkład w powstanie pracy: udział w przygotowaniu koncepcji pracy, gromadzenie danych, udział w opracowaniu metodologii badań, pozyskiwanie danych, analiza i interpretacja danych do pracy, udział w przygotowaniu manuskryptu.

Golfiści z niepełnosprawnością są ograniczeni w wykonywaniu pełnego zamachu golfowego, jednak jego siła i zakres mogą być porównywalne, ze zdrowymi golfistami, ponieważ nie wymaga on znacznej siły, równowagi i pełnego zakresu ruchu.

Celem tego badania było porównanie zakresu spójności kinetycznej i kinematycznej golfistów z różnymi niepełnosprawnościami i zdrowych sportowców. Uczestnicy składali się z trzech niepełnosprawnych grup sportowców (okołoporodowe porażenie mózgowe, stwardnienie rozsiane, amputacja kończyny dolnej poniżej kolana) i trzech zdrowych golfistów (wiek 34 ± 4,5 lat, wysokość ciała 178 ± 3,3 cm, masa ciała 83 ± 6,2 kg). Ruchy podczas prób zamachu były rejestrowane przez aktywne markery 3D do analiz kinematycznych; badani wykonali 10 prób, stojąc na osobnych platformach umieszczonych pod każdą kończyną dolną. Mierzono prędkość kijka golfowego podczas wykonywania zamachu, zakres ruchu oraz dokładność zamachu (na podstawie uzyskanej odległości końcowej pozycji piłki od środka dołka). Analizy ANOVA nie wykazały żadnych różnic w prędkości główki kija golfowego i uzyskanej odległości piłki od dołka. Spójność tych dwóch parametrów wyrażona współczynnikiem zmienności (CV) wynosiła CV = 0,5% lub więcej w obu grupach dla prędkości główki kijka i wahała się od CV = 0,40 do 0,61% u zdrowych i CV = 0,21 do 0,55% u niepełnosprawnych sportowców dla całkowitej odległości błędu. Główny efekt ANOVA wykazał różnice w kinematyce przesunięcia masy ciała, bioder i ramion (p

<0,05) między zdrowymi graczami a wszystkimi graczami niepełnosprawnymi.

Wszyscy niepełnosprawni sportowcy przesunęli masę ciała w stronę zdrową (w kierunku zdrowej kończyny dolnej) i naprzemiennie zakończyli zamach. Gracz z

42 amputacją poniżej kolana miał najmniejszy zakres ruchu w stawie barkowym podczas uderzenia. Gracze z okołoporodowym porażeniem mózgowym i stwardnieniem rozsianym mieli największy zakres ruchu w biodrach. Możliwości podczas zamachu niepełnosprawnych golfistów były podobne do zdrowych sportowców.

[Łączny IF=6,146: MNiSW= 85]