Сибирские ученые синтезировали соединения, способные до 40% увеличивать эффективность применения химиотерапевтического препарата темозоломида на клетках глиобластомы — агрессивной опухоли мозга. В основе разработки — природные смоляные кислоты, выделяемые из ели сибирской.
«В любом живом организме существует огромное количество ферментов репарации, они чинят поломки в ДНК. Откуда берутся такие поломки? Из-за излучения (например, солнечного света), ошибок в репликации, воздействия химиотерапевтических средств, окружающей среды, просто по причине старения организма, — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории физиологически активных веществ Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, доктор химических наук Ольга Ивановна Яровая. — Ферментов репарации существует достаточно много, все они взаимосвязаны между собой и функционируют в комплексе».
Важная и слаженная работа ферментов репарации оборачивается проблемой в случае онкологического заболевания. Один из основных способов лечения рака — воздействие химиотерапии на ДНК онкологической клетки. По такому же принципу работает и лучевая терапия — она повреждает ДНК опасной клетки, создавая в ней двойные разрывы и способствуя ее гибели. Только ферментам репарации неизвестно, что онкологическая клетка не нуждается в восстановлении. Они принимаются ее чинить, иногда даже с особым усердием. «Раковая клетка имеет много механизмов защиты от терапии. Если она понимает, что у нее преобладает конкретный вид повреждений, она начинает гиперэкспрессировать ферменты репарации ДНК, то есть вырабатывать их больше, чем в обычной клетке», — отмечает научный сотрудник НИОХ СО РАН, кандидат химических наук Ксения Сергеевна Ковалёва.
Ученые решили попробовать подавить работу ферментов репарации, чтобы увеличить эффективность химио- и лучевой терапии онкозаболеваний.
«В 1960-х годах был открыт один из основных ферментов репарации PARP1. Еще тогда исследователи начали искать химические вещества, которые могли бы быть ингибиторами этого фермента. Однако оказалось, что PARP1 вовлечен в огромное количество репарационных процессов и функционирует во взаимодействии с множеством других ферментов. Он очень важен для организма. Поэтому зачастую все вещества, которые являются ингибиторами PARP1 и PARP2, крайне токсичны. Их применяют только в самых крайних случаях, — рассказывает Ольга Яровая. — Мы работаем с коллективом исследователей Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН под руководством академика Ольги Ивановны Лаврик. Они занимаются изучением другого фермента репарации — Tdp1. Если ингибировать этот фермент, то можно более селективно затрагивать процессы репарации, снизив вероятность побочных токсических эффектов».
Сотрудники НИОХ СО РАН обнаружили разные классы органических соединений, выступающих эффективными ингибиторами Tdp1. А затем поставили перед собой задачу — найти среди них вещество, которое, во-первых, само по себе было бы нетоксичным, а во-вторых, давало бы кумулятивный синергетический эффект, то есть увеличивало бы эффективность воздействия химиотерапии на клетки глиобластомы.
Глиобластома является одной из самых агрессивных форм рака головного мозга. Ее трудно вовремя обнаружить (поскольку это возможно сделать только на МРТ с контрастными веществами), а кроме того — очень сложно извлечь из мозга. Средняя продолжительность жизни пациентов с ГБМ не превышает 15 месяцев, а наилучшая пятилетняя выживаемость, даже с учетом полной комплексной терапии, составляет всего 9,8%. Химиопрепарат первой линии для лечения глиобластомы — темозоломид. Он создает повреждения в ДНК онкологических клеток. Однако здесь как раз и возникает проблема с ферментами репарации, которые тут же начинают восстанавливать эти повреждения.
«Стартовое вещество, с которого мы начинаем синтез, называется дегидроабиетиламин. Оно является полусинтетическим и может быть получено из дегидроабиетиновой кислоты. Это смоляная кислота, которая содержится в живице хвойных растений. Особенно много ее в живице ели сибирской (Picea obovata). Второе вещество — каркасный структурный фрагмент адамантан. Его наличие позволяет препарату селективно связываться с ферментом репарации», — рассказывает Ксения Ковалёва.
Сейчас ученые НИОХ СО РАН с целью экономии времени закупают дегидроабиетиламин на коммерческом предприятии. Но если встанет вопрос о масштабировании разработки, это вещество можно будет выделять из возобновляемого природного сырья Сибири. Например, из живичной канифоли, которую используют при паянии.
Сотрудники Новосибирского государственного университета под руководством члена-корреспондента РАН Андрея Георгиевича Покровского провели исследование на клеточных линиях глиобластомы. Они показали, что использование темозоломида совместно с ингибиторами ферментов репарации, синтезированными в НИОХ СО РАН, увеличивает эффективность воздействия этого препарата.
«После этого мы обратились к коллегам из SPF-вивария ФИЦ “Институт цитологии и генетики СО РАН”. Они провели эксперимент in vivo. Взяли иммунодепрессивных мышей с пришитыми сверху опухолями (ксенографтами) и пролечили их темозоломидом с использованием нашего вещества. Это исследование показало, что при совместном применении препаратов рост и размер опухоли уменьшаются, и эффективность применения темозоломида возрастает», — отмечает Ольга Яровая.
Теперь необходимо проверить, способно ли синтезированное на основе дегидроабиетиламина вещество проходить гематоэнцефалический барьер, то есть проникать в мозг. Над этой задачей ученые работают в сотрудничестве с коллегами из другого подразделения НИОХ СО РАН, НГУ и SPF-вивария ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Это исследование — часть доклинических испытаний. Биологи изучают фармакокинетический профиль соединения в живом организме, смотрят, где оно накапливается, с чем выводится. Уже показано — если дать это вещество мыши, через какое-то время оно обнаруживается в ее мозге.
«Эксперимент на мышах с созданной в их мозге глиобластомой дорог, только его себестоимость будет составлять порядка миллиона рублей. Прежде чем переходить к нему, нужно сделать достаточно большую предварительную работу со стороны химиков, фармакологов, аналитиков в медицинской химии, которые бы подобрали форму с максимальной биодоступностью. Возможно, нам придется искать какие-то варианты доставки этого соединения», — говорит Ольга Яровая.
Кроме того, предстоит изучить метаболизм, посмотреть, во что соединение превращается в организме, не токсично ли оно для животных, и провести множество других исследований. Один из вариантов получения финансирования на проведение доклинических испытаний — государственная программа «Фарма 2030». Возможно, ученые подадут заявку туда. Часть исследования проводилась в рамках молодежных грантов РНФ и РФФИ, но в основном оно осуществляется за счет инициативы и возможностей сотрудников научных институтов.
«Нельзя сказать, что наше соединение полностью уничтожает опухоль, но оно подавляет ее развитие. Мы видим, что оно на 40% повышает эффективность использования химиотерапии. Это уже очень много. Кроме того, до нас в мире никто еще не показывал, что можно ингибировать Tdp1 именно на глиобластоме и продемонстрировать этот эффект in vitro и in vivo», — отмечает Ольга Яровая.
Диана Хомякова
Фото из открытых источников
Информация и фото предоставлены Управлением по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН
