«Швейцарский нож» против опухоли: ученые создают комбинированную молекулу для борьбы с раком

Комбинированную молекулу, в перспективе способную помочь в лечении онкологических заболеваний, разработали ученые из Национального Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. Под воздействием света новое вещество высвобождает два компонента, поражающие опухолевые клетки разными способами. После совершенствования молекула может лечь в основу лекарств для борьбы со сложными случаями рака.

Авторы исследования — сотрудники кафедры органической химии химического факультета и кафедры биофизики Института биологии и биомедицины Университета Лобачевского. Подробнее о разработке корреспонденту «Научной России» рассказал один из создателей молекулы доцент кафедры органической химии ННГУ, кандидат химических наук Василий Федорович Отвагин.

«Последние годы мы занимаемся исследованиями в области фотодинамической терапии онкологических заболеваний. Это интересный метод, обладающий рядом преимуществ, включая селективность. Кроме этого, сейчас активно обсуждается его иммуностимулирующее действие на пациентов с опухолевыми заболеваниями. Однако существующие препараты в этой области <…> недостаточно эффективны с точки зрения современной медицины, поскольку сейчас <…> акцент делается на разработке максимально здоровьесберегающих и при этом высокоэффективных технологий, позволяющих пациентам чувствовать себя как можно лучше как во время, так и после терапии, — объяснил В.Ф. Отвагин. — Наша цель — попытаться создать прототип препарата с более высокой эффективностью, чем у существующих аналогов». 

Фотодинамическая терапия основана на применении веществ-фотосенсибилизаторов, атакующих раковые клетки под действием светового излучения. Но она работает в присутствии кислородсодержащих соединений, поэтому недостаточно эффективно справляется с гипоксичными опухолями, в чьих клетках этих веществ недостаточно.

«Большинство опухолевых образований гетерогенны, то есть включают разные участки, и некоторые из них гипоксичны, поэтому в них снижается фотодинамическая активность веществ. В перспективе наши разработки могут помочь в преодолении этого препятствия», — сказал В.Ф. Отвагин.

Под красным светом новая молекула высвобождает два вещества с разными видами противоопухолевой активности: фотосенсибилизатор класса BODIPY и химиопрепарат кабозантиниб.

«Мы разрабатываем комбинированные препараты, содержащие две активные составляющие. Одна из них — окислитель, участвующий в процессах фотодинамической терапии. И мы пробуем дополнительно расширить функции этого препарата, создавая некое подобие “швейцарского ножа” с несколькими “лезвиями”. Чем больше “лезвий”, тем лучше, поскольку опухолевые клетки адаптируются и могут оказаться резистентными к тем или иным типам лечения <…>, — пояснил В.Ф. Отвагин. — Поэтому вторая часть нашей молекулы — это химиотерапевтический цитостатический агент, подавляющий рост опухолевых клеток по механизму, отличному от фотодинамического».

Фотосенсибилизаторы класса BODIPY широко используются в качестве красителей для наблюдения за разными процессами в клетках. Исследователи из ННГУ стали одними из первых, кто показал, что их можно применять в качестве платформы для создания комбинированных расщепляемых агентов для уничтожения опухолей.

Идея для разработки возникла около пяти лет назад — тогда команда ученых обратила внимание на публикацию американских коллег о соединениях, способных выделять другие молекулы под действием света.

«Можно посветить на вещество условной лампочкой красного или зеленого света, и под его действием произойдет высвобождение препарата. Такой подход практически нетоксичен для организма, — подчеркнул В.Ф. Отвагин. — Мы попытались сделать собственную разработку на базе этого исследования. Конечно, так как это первая попытка, у нас получилось не все, но уже сейчас достигнуты определенные результаты. Главное, что нам удалось разработать технологию синтеза таких соединений».

Ученые испытали новую молекулу на нескольких линиях опухолевых клеток. Как подчеркивает В.Ф. Отвагин, до внедрения разработки в практику предстоит еще немало работы: нужно сократить время высвобождения из молекулы противораковых агентов.

«В лечении реальных пациентов важную роль играют временные интервалы, поскольку мы не можем облучать человека часами — это вызовет различные токсические реакции в организме <…>, — сказал исследователь. — Чтобы ускорить высвобождение компонентов молекулы, нужно поработать над ее химическим дизайном. <…> Сейчас у нас уже есть отправная точка, от которой можно продолжать движение. Мы попробуем химически модифицировать полученную молекулу: добавить те или иные функциональные группы или, возможно, убрать какие-либо ее составляющие».

Результаты работы ученые представили в высокорейтинговом журнале Bioconjugate Chemistry. Проект получил поддержку Российского научного фонда. В будущем новый подход может вывести на новый уровень борьбу со сложными случаями онкозаболеваний.

«Разработанная нами молекула интересна, нам есть, куда двигаться, и я надеюсь, что мы придем к хорошему результату», — отметил В.Ф. Отвагин.

Самым сложным этапом работы над проектом был синтез: на него ушло несколько лет. «Многие полученные соединения оказывались неустойчивыми: они распадались даже до того, как мы успевали их проанализировать, поскольку в лабораторных исследованиях все равно проблематично полностью исключить воздействие света, что также нужно учитывать», — заметил В.Ф. Отвагин.

Контролируемое высвобождение различных молекул из других веществ под действием света — актуальная тема для органической химии, медицины, биологии. Поэтому команда химиков планирует поработать и над другими вариантами таких соединений.

«Это очень интересно с точки зрения исследований с клеточными культурами. Мы рассматриваем возможность создания на основе таких молекул флуоресцентных меток, чтобы мы могли в реальном времени наблюдать за высвобождением различных химических соединений и возникающими процессами в клетках, просто светя на них условной лампочкой, — поделился В.Ф. Отвагин. — Сейчас это направление активно развивается, и я думаю, что мы сможем внести в него свой вклад».

Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ

Фото на превью: предоставлено пресс-службой ННГУ. 

Фото на странице: предоставлено пресс-службой ННГУ, личный архив В.Ф. Отвагина. 

Фото на стоп-кадре видео: личный архив В.Ф. Отвагина.