Создание лекарств, которые атакуют только раковые клетки, — ключевая задача современной онкологии. Перспективными агентами считаются алкоксиамины: при распаде они образуют активные радикалы, разрушающие клетки. Но без точного контроля такие радикалы могут повредить и здоровые ткани.
Ученые Томского политеха в составе международной научной группы предложили «упаковать» алкоксиамин в форму пролекарства и научили его включаться по команде. Об этом порталу Наука Mail сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ. Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 24−73−10026). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Chemical Research in Toxicology (Q2, IF: 4,1).
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.
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.
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).
Павел Петунин, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, рассказал Наука Mail подробности исследования.
— β-галактозидаза присутствует и в нормальных клетках. Насколько полученные соединения уже сейчас способны отличать опухолевые клетки от здоровых и что необходимо изменить, чтобы добиться настоящей селективности?
— Галактозидаза присутствует и в нормальных клетках, но обычно ее значительно меньше. Поэтому повреждение нормальных клеток должно быть в меньшей степени выражено. Сейчас мы работаем над подбором различных углеводные остатков, изучаем конечные конъюгаты с алкоксиаминами и анализируем, в каком случае будет наблюдаться наибольшая селективность. Наработки в этом направлении уже есть, ведем дальнейшие исследования.
— Можно ли в перспективе создать противоопухолевую молекулу, которая будет оставаться практически безвредной в организме и становиться токсичной только после попадания именно в раковую клетку? Что пока мешает это сделать?
— Совсем нетоксичную молекулу создать не получится. Однако можно создавать молекулы, от которых «побочный» ущерб будет настолько мал, что эти повреждения смогут исправить собственные восстановительные системы организма.
— Если представить разработку как молекулярный «замок» и «ключ», насколько сегодня этот «ключ» действительно подходит только к раковой клетке, а не к здоровым?
— В настоящий момент, к сожалению, наш «замок» открывается любой клеткой. На данном этапе нам удалось подтвердить, что «замок» вообще работает и может «запирать» активное вещество. Сейчас необходимо усложнить конструкцию «замка», чтобы он «открывался» только раковыми клетками.
— Есть ли шанс, что такой принцип позволит атаковать опухоли, которые уже приобрели устойчивость к стандартной химиотерапии?
— Наши исследования пока показывают, что за счет того, что у клеток нет встроенной защиты от активных углерод-центрированных радикалов, наши вещества могут воздействовать потенциально на больший ряд опухолей, но эта гипотеза также требует дальнейшей проверки.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что соединения меди станут основой для новых препаратов против рака.