Когда рак скиснет: ученые запрограммировали смерть опухолевых клеток
Российские специалисты предложили инновационный метод создания препаратов для лечения некоторых видов рака. Они объединили в одной наноструктуре вещества, которые чувствительны к специфическому составу окисленных и восстановленных компонентов в злокачественной клетке. Такой подход позволит лекарственным средствам направленно находить и уничтожать их, провоцируя ферроптоз — программируемую гибель клеток. При этом не затрагиваются здоровые ткани организма. Метод показал высокую эффективность на модельных культурах раковых клеток. Эксперты отрасли отмечают перспективы новаторского подхода, но указывают на необходимость дальнейших детальных исследований.
Железная смерть
Новый способ лечения рака молочной железы и некоторых других видов онкологии предложили в Национальном исследовательском технологическом университете МИСИС и Российском национальном исследовательском медицинском университете имени Н.И. Пирогова Минздрава России. Результаты исследований ученые опубликовали в международном научном журнале.
В основе научной работы — создание многофункциональных композиций, состоящих из наночастиц, которые нацелены на высвобождение действующего вещества исключительно внутри опухолевых клеток. Такая избирательность позволяет не затрагивать здоровые ткани и снизить побочные влияния лекарственных препаратов. Для достижения эффекта ученые задействовали механизмы, которые связаны с окислительно-восстановительной деятельностью нашего организма. Это важнейшие процессы жизнедеятельности, на которых основаны обмен веществ, дыхание и производство энергии.
Артем Илясов, соавтор исследования, инженер НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС
По мнению авторов работы, главный восстановитель — это глутатион, особый фермент, который связывает активные формы кислорода. В клетках его содержание в тысячу раз больше, чем вовне. Вместе с тем активно размножающиеся раковые образования содержат еще больше восстановленных веществ. Основываясь на этом, ученые сконструировали наноструктуры, которые обладают повышенной чувствительностью к воздействию глутатиона. Это позволило им адресно доставлять лекарственное вещество.
— Предложенные композиции представляют собой частицы оксида железа, покрытые полимерной оболочкой. В ее состав входят соединения, которые включают два атома серы (дисульфиды). Такие структуры реагируют на высокий восстановленный потенциал, благодаря чему оболочка вскрывается внутри раковой клетки, — рассказал «Известиям» соавтор исследования, младший научный сотрудник лаборатории «Многофункциональные магнитные наноматериалы» НИТУ МИСИС Тимур Низамов.
НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС
Ученый пояснил, что после разрушения поверхностного слоя высвобождаются находящиеся внутри наноструктуры атомы железа (Fe3+). Это сильный окислитель, на восстановление которого также тратится глутатион.
Ионы железа и дисульфиды взаимно усиливают друг друга и истощают запасы восстановительного фермента, что провоцирует окислительный стресс в клетке. В результате она погибает. Такой тип программируемой клеточной гибели называется «ферроптоз». Он был открыт немногим более десятилетия назад. Тем не менее онкологи считают его одним из перспективных методов противоопухолевой терапии, благодаря возможности нацеленного воздействия на опухолевые клетки.
Выстрелил и забыл
Направленное применение действующих веществ поможет избавить пациентов от токсического воздействия на весь организм, что значительно улучшит качество жизни. Другой полезный фактор разработанной нанокомпозиции — это магнитные свойства железосодержащих частиц. Благодаря им увеличиваются возможности для адресной доставки лекарственных препаратов к опухолевой зоне с помощью управления магнитными полями.
Тимур Ниязов рассказал, что развитие технологии позволит в будущем создать «высокоточное оружие» против злокачественных образований, которые будут действовать по принципу «выстрелил и забыл». То есть наноструктуры будут самостоятельно наводиться на опухолевую клетку и уничтожать ее, не затрагивая здоровые ткани организма.
Автор исследования, младший научный сотрудник лаборатории «Многофункциональные магнитные наноматериалы» НИТУ МИСИС Тимур Назаров
— Процесс опухолеобразования носит сложный характер и затрагивает многочисленные биохимические пути в клетках организма. Их анализ позволяет находить новые подходы к терапии злокачественных новообразований. Так, исследователи использовали известный факт об увеличении концентрации глутатиона в опухолевых клетках и создали уникальный вид магнитных наночастиц — оксида железа, содержащих сульфидную связь в составе полимерного покрытия, — рассказала знакомая с ходом исследований специалист, ассистент кафедры Медицинских нанобиотехнологий РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России Алевтина Семкина.
Она пояснила, что преимущество новой разработки заключается в том, что ученые объединили в ней концепции адресной доставки лекарственных препаратов, восприимчивости веществ к окислительно-восстановительному потенциалу и их направленного воздействия. Такой многофункциональный нанопрепарат имеет все шансы показать высокую эффективность при терапии онкологических заболеваний, считает специалист.
— Эта научная работа –– пример таргетной терапии (воздействующей на биологические мишени. — «Известия»). Синергетический эффект достигается за счет направленного подведения препарата и его активации непосредственно в опухолевой ткани. В этом отношении локальное увеличение концентрации ферроптоз-активирующих препаратов, таких как доксирубицин, может повысить эффективность их использования, — прокомментировал исследование ученых главный онколог Минздрава России, академик РАН, заведующий кафедрой онкологии и рентгенологии им. В.П. Харченко Медицинского института Российского университета дружбы народов им. П. Лумумбы Андрей Каприн.
НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС
Эксперт отметил, что в настоящее время известны различные разработки, которые используют физические поля для направленной доставки препарата. При этом эффективность способов различается в зависимости от препаратов, их молекулярной массы, стабильности и условий активации. Андрей Карпин добавил, что необходимы дальнейшие доклинические исследования, чтобы выявить терапевтический потенциал данного метода.
Ученые рассказали, что их работа была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований и грантом НИТУ МИСИС, выигранным по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030». По словам исследователей, они будут продолжать изучение полезных свойств нанокомпозиции для лечения раковых заболеваний. В частности, намерены проанализировать ее эффективность в сочетании с различными противоопухолевыми препаратами.
