Программировать раковые клетки на самоуничтожение научились в ИТМО

Ученые ИТМО (Санкт-Петербург) и Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова (Казань) разработали соединения, которые запускают процесс самоуничтожения в раковых клетках. При этом они действуют избирательно, не затрагивая здоровые клетки. В сравнении с токсичностью противоопухолевых препаратов, которые применяют в медицине, токсичность предложенных веществ почти в 10 раз ниже. Результаты исследования опубликованы в журнале Bioorganic Chemistry.

Недостаток лекарств, которые используют в химиотерапии (при подавлении раковых клеток и метастазов, то есть вторичных очагов, в организм человека курсами вводят специальные медицинские препараты), — высокая токсичность и низкая избирательность. Они воздействуют не только на больные клетки, но и на здоровые, что часто приводит к сильным побочным эффектам — например, ослаблению иммунной системы, выпадению волос, потере аппетита, повреждениям слизистой оболочки рта и горла.

Химики из Петербурга и Казани предложили соединения с избирательной токсичностью — каликсарены с пиразольными фрагментами (вещества, способные связываться с ДНК). Это «многорукие» чашеобразные платформы из макромолекул, которые точечно воздействуют на раковые клетки.

«Мы синтезировали девять таких соединений, затем обработали ими шесть линий клеток — четыре раковые и две здоровые. Полученные результаты сравнивали с эффектом от широко применяемого в медицине противоопухолевого препарата доксорубицина. Три соединения-лидера  существенно подавляли активность клеточной линии карциномы (злокачественная опухоль) шейки матки. Здоровые же клетки, среди которых были и чувствительные к химиотерапии клетки печени, сохранили свою жизнеспособность. Нас вдохновил этот результат, ведь он указывает на низкую токсичность. Далее мы убедились при экспериментах с кровью, что  эритроциты не разрушаются в присутствии каликсаренов», – рассказывает Антон Муравьев, главный автор исследования, научный сотрудник научно-образовательного центра инфохимии ИТМО.

Дополнительное подтверждение низкой токсичности ученые получили благодаря исследованиям in vivo. Летальная доза каликсаренов на мышах оказалась в несколько раз выше, чем у используемых сегодня аналогов — до 80 мг на 1 кг массы тела. При этом на раковых клетках эффект обратный: в карциноме шейки матки при взаимодействии с соединениями запускался апоптоз — программируемая клеточная смерть.

«Раковые клетки подобны сорняку, который постепенно вытесняет другие растения. И не факт, что вырвав сорняк, вы полностью от него избавитесь — он мог уже успеть пустить корни глубже или “раскидать” семена вокруг. Так же и с опухолью. Если здоровая клетка, “отжив” свое, умирает, и на смену ей приходит новая, то раковые клетки сопротивляются смерти, неконтролируемо размножаются, не давая развиваться здоровым. Это и приводит к появлению опухолей. Как раз таки наши платформы возвращают раковые клетки в “нормальное состояние”, “заставляя” их самоуничтожаться. Этого удалось достичь во многом благодаря правильно подобранной геометрии соединений с “замещенными” пиразольными фрагментами.  Кроме того, мы определили в клетках молекулу-мишень, которая связываются с нашим препаратом — ей оказалась ДНК», – поясняет Антон Муравьев.

По словам авторов проекта, исследование началось еще в 2016 году в сотрудничестве с коллегами из Великобритании. За последние несколько лет ученые несколько раз воспроизводили синтез целевых соединений и каждый раз получали один и тот же эффект на линиях клеток, что доказывает надежность результата. Теперь они планируют проверить соединения-лидеры на мутагенность (способность вызывать генетические мутации в клетках), а также выяснить, как именно платформы взаимодействуют с ДНК раковых клеток. Проект поможет в разработке новых перспективных лекарств для борьбы с раком.
Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 21-73-10185).

Источник фото: Дмитрий Григорьев, ITMO.NEWS

Вопросы, ответы, комментарии