Ученые Томского политехнического университета в составе международного коллектива разработали и испытали новый тип потенциальных противоопухолевых пролекарств — молекул, которые поражают клетки опухоли не сразу, а только после активации внутри клетки. После «срабатывания» такие молекулы смогут запускать цепочку химических превращений, высвобождать активные вещества и приводить к программируемой гибели опухолевых клеток.
Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 24-73-10026). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Chemical Research in Toxicology (Q2, IF: 4,1).
Создание терапевтических соединений против онкологических заболеваний, которые избирательно воздействуют только на опухолевые клетки и не повреждают здоровые, является одной из главных задач современной медицины. Перспективной основой для противоопухолевых агентов считаются алкоксиамины. Особенностью этих соединений является способность генерировать углерод-центрированные радикалы при разрыве слабой ковалентной связи между атомами углерода и кислорода. Это очень активные частицы, способные повреждать клеточную структуру. Однако образование радикалов без адресного контроля может повреждать и здоровые клетки.
Ученые Томского политеха в составе международной научной группы предложили «упаковать» алкоксиамин в форму пролекарства и научили его включаться по команде. В качестве «спускового механизма» исследователи использовали реакцию расщепления гликозидной связи, посредством которой алкоксиамин присоединен к моносахариду – галактозе.
«В ряде опухолевых клеток повышена активность фермента β-галактозидазы. Это связано с повышенным энергопотреблением и включением в метаболические пути не только стандартной глюкозы и ее производных, но и других более редких углеводов, таких как галактоза, манноза и другие. Мы использовали это свойство как биохимический ″ключ″: фермент расщепляет гликозидную связь и запускает высвобождение активной алкоксиаминовой части. При этом ключевым элементом разработанной конструкции стал саморазрушающийся линкер — молекулярная ″перемычка″ между галактозой и активным алкоксиамином. После отщепления сахара такой линкер сам распадается и высвобождает активную молекулу», — отмечает один из авторов исследования, заведующая лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ Елена Степанова.
Ученые синтезировали и сравнили две группы соединений. В первой галактоза и алкоксиамин были соединены через более стабильный p-фениленовый линкер. Во второй — через саморазрушающийся линкер, рассчитанный на ферментный запуск. Кроме того, исследователи отдельно изучили исходные алкоксиамины и модельные амидные производные, чтобы понять, как изменение структуры влияет на токсичность, а также измерили уровень активных форм кислорода и оценили эволюцию клеточной культуры под действием разработанных препаратов. Результаты исследования показали, что основным путем клеточной гибели является апоптоз, а не некроз, что является благоприятным с точки зрения потенциального применения на живых моделях.
Исследования проводились на клетках аденокарциномы простаты, аденокарциномы яичника, аденокарциномы молочной железы, эпидермоидной карциномы, клетках Т-лимфобластного лейкоза, а также на линии эмбриональных фибробластов мышей.
Результаты показали, что свободные алкоксиамины проявляют высокую цитотоксичность уже при сравнительно низких концентрациях. Соединения с галактозой и стабильным линкером, напротив, показали заметно более слабую активность, и для достижения такого же эффекта требовалась концентрация в четыре – пять раз больше. Это связано с тем, что фермент смог отщепить сахарный фрагмент, но не мог высвободить активный алкоксиамин. Соединения с саморазрушающимся линкером же проявили выраженный цитостатический эффект на разных опухолевых линиях, и для подавления жизнедеятельности опухолевых клеток в некоторых случаях им потребовалось даже меньшая концентрация по сравнению с широко известным противоопухолевым препаратом «Цисплатином».
«Наше исследование пока носит фундаментальный характер, речь не идет о готовом лекарстве. Необходимо более детально изучить механизм его действия и поведение соединений в живыми системами. Немаловажная задача, стоящая в настоящий момент перед нами, — это обеспечить селективность воздействия по отношению к раковым клеткам. Однако уже сейчас можно предположить, что такая модульная архитектура в перспективе позволит, меняя углеводный фрагмент, линкер и активную часть, трансформировать препарат под разные типы опухолевых клеток», — добавляет один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Петунин.
В исследовании принимали участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН, Университета Экс-Марселя (Франция).
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com
