Наука и технологии на България - Молекулен конструктор в борбата с рака
Развитието на молекулярната медицина диктува необходимостта от създаване на лекарства за целенасочен ефект върху прицелните клетки. Именно в тази посока вече осем години работи Лабораторията по молекулярна имунология на Института по биоорганична химия на Руската академия на науките под ръководството на член-кореспондента на Руската академия на наукитеСергей Деев. Основава се на принципа на „магическия куршум“, формулиран за първи път от немския лекар и бактериологПаул Ерлих,който получава Нобелова награда през 1908 г. Ученият предложи лекарствата да бъдат снабдени с водеща молекула, която да им позволи да действат селективно върху фокуса на заболяването, без да увреждат здравите тъкани. Идеята, блестяща в своята простота, не е била успешно реализирана през изминалия век. Отливките "куршуми" подвеждат или точността на доставката, или размера. Лабораторията по молекулярна имунология към Института по биоорганична химия на Руската академия на науките реши леко да промени подхода и успя да го направи.
Сергей Деев, ръководител на лабораторията по молекулярна имунология, Институт по биоорганична химия, Руската академия на науките: „Молекулите могат да бъдат сглобени, както в детски комплект LEGO, и в зависимост от комбинацията на съставните елементи, получените съединения могат да се използват за диагностициране или лечение на злокачествени тумори“
Основата на конструирания модул беше ензимът бактериална рибонуклеаза (барназа) и неговият естествен инхибитор барстар протеин (барназа: барстар модул). Благодарение на техния уникално висок афинитет един към друг, е възможно да се създадат сложни и силни протеинови комплекси. За да направите това, един елемент от програмираната връзка е прикрепен към barnase, а друг към barstar. Компоненти от различно естество могат да действат като „ремарке“: флуоресцентни протеини, квантови точки, биологични токсини, златни наночастици и др. Тези компоненти могат да бъдат разработени независимо един от друг в биотехнологиитепроизводителите, ако е необходимо, химически модифицират и след това се комбинират в стабилен супрамолекулен комплекс с набор от предварително определени свойства. Последното е особено важно. Разработените съединения трябва не само да разпознават точно патогенните тъкани, но и да имат определени характеристики: оптимално време на циркулация в тялото, ниско натрупване в здрави органи и стабилност в кръвта. Всички тези свойства могат да бъдат програмирани чрез проектиране на съединения с желаното молекулно тегло, заряд, хидрофилност и т.н.
Както отбелязва Сергей Деев, молекулите могат да се сглобяват, както в детски LEGO конструктор, и в зависимост от комбинацията от съставни елементи, получените съединения могат да се използват за диагностициране или лечение на злокачествени тумори чрез доставяне на образни или действащи агенти към раковите клетки. Това е фундаменталната разлика между разработения подход и всички останали.
Агенти, атакуващи рака
В момента в света се използват 18 терапевтични препарата с антитела, повече от 100 са в процес на клинични изпитвания. Според прогнозите на експертите до 2010 г. генетично модифицираните антитела ще представляват 30% от целия биотехнологичен пазар в света. Сергей Деев смята, че България може да направи пробив в тази посока. Благодарение на техния уникално висок афинитет един към друг, е възможно да се създадат сложни и силни протеинови комплекси. За да направите това, един елемент от програмираната връзка е прикрепен към barnase, а друг елемент към barstar. Компоненти от различно естество могат да действат като "ремарке": флуоресцентни протеини, квантови точки, биологични токсини,златни наночастици и др.
„Дори след най-ефективното лечение остават 7-10% от жизнеспособните ракови клетки“, казва Сергей Деев. Следователно, методите на комбинирана терапия се считат за най-ефективни, когато се използват едновременно агенти от различно естество, например радиоизотопи и химикали или цитотоксични протеини. С помощта на нашия подход този проблем може да бъде решен: да се осигури едновременното доставяне на различни терапевтични агенти към тумора.
Създадените съединения могат да се използват за лечение не на един вид, а на групи ракови заболявания, които са сходни по молекулен портрет (имат един и същ маркер на клетъчната повърхност). Учените работят с пет туморни антигена (протеинови молекули). Като оптимална цел те смятат HER 2/ neu, който се среща при най-честите злокачествени новообразувания: рак на гърдата, яйчниците, простатата, стомаха и белия дроб.
За разпознаване на HER2/neu антигена в лабораторни условия са създадени рекомбинантни антитела, които имат добри перспективи за последващо приложение в медицинската практика. Получените съединения бяха подробно характеризирани. По-специално е направено изследване на тяхната стабилност в проби от човешка кръв. Факт е, че под въздействието на различни фактори многофункционалните протеини могат или да бъдат унищожени в тялото, или да загубят своята функционална активност. По време на експеримента беше установено, че конструираните антитела са доста стабилни при моделни условия на прилагане на лекарството в тялото (24 часа, 37°C, кръвен серум).
България има колосално изоставане в производството на радиоизотопи. Никоя друга страна, с изключение може би на Съединените щати, няма толкова висок научен и технологичен потенциал в товаобласт Създаването на протеинови съединения с предварително определени свойства се извършва по системата AKTA
Нанозлато за диагностика и терапия
По време на тестовете на създадените съединения учени от Лабораторията по молекулярна имунология започнаха да си сътрудничат с колеги от Нижни Новгород от Института по приложна физика на Руската академия на науките. Там се създава оборудването, необходимо за наблюдение на активните вещества в раковите клетки. Например, използвайки томограф, разработен в института, физиците записаха блясъка на квантовите точки, доставени на тумор на гърдата в експериментална мишка. Както отбелязва Сергей Деев, тези изследвания отварят пътя към разработването на методи за неинвазивна, щадяща диагностика, която в бъдеще може да замени например безвредната мамография.
В допълнение към използването на квантовите точки активно се развива и друго направление - диагностика с помощта на нанозлато, което се прикрепя към молекулярен модул и се доставя до ракова клетка. Златните наночастици се натрупват на повърхността на тумора и ако се облъчят с лазер, то при определена температура в злокачественото образувание ще се включат механизмите на самоунищожение.
Учените са уверени в техните молекули
Тази година учените от Лабораторията по молекулярна имунология на Института по биоорганична химия на Руската академия на науките завършват друг проект, който се изпълнява като част от федералната целева програма и е насочен към създаване на противоракови съединения, които могат целенасочено да доставят радиоизотоп към тумори.
Изобразяване на раковия маркер HER2/neu с помощта на флуоресцентни полупроводникови нанокристали („квантови точки“)
Работата се извършва в сътрудничество с Руския изследователски център "Курчатовски институт". В този сложен проект молекулярните биолози от лабораторията на Деев са отговорни за противораковите протеини, физиците за изотопа и химиците за хелатора.(химическо съединение, необходимо за свързване на изотоп към протеин). „България има колосално изоставане в производството на радиоизотопи“, подчертава Сергей Деев. Никоя друга страна, с изключение може би на САЩ, няма толкова висок научен и технологичен потенциал в тази област. Има всички основания да се надяваме на по-активно използване на тези ресурси за биомедицински цели.
Молекулярната, генно инженерна част от изследването е успешно завършена. Сега трябва да преминем към тестове върху животни, за да докажем, че тези съединения са нетоксични, не предизвикват нежелани реакции. Както отбелязва Сергей Деев, предстои сериозна и много по-скъпа част от изследванията, които Лабораторията по молекулярна имунология на Института по биоорганична химия на Руската академия на науките може да проведе само с лечебни заведения.
„Изборът на дозите, времето и методите на приложение на лекарствата трябва да се определят от лекарите“, казва Сергей Деев. Ние не сме в състояние да извършим тези работи сами. Но дори лекарите не могат да се справят без нашата помощ. Трябва да има връзка между учени и практици. Досега механизмът на такова взаимодействие не е разработен.
Лабораторията разчита на заинтересовано сътрудничество с лекари от водещи местни онкологични центрове, на първо място, MNIOI тях. Херцен и РОНЦ им. Блохин. Установено е взаимодействие със западни колеги, по-специално с Цюрихския университет и Радиофармацевтичния център в Швейцария, където някои съединения са успешно тествани.
„Ние сме уверени в нашите молекули“, казва Сергей Деев. Според оптимистичните прогнози, в рамките на 5 години с общи усилия ще бъде възможно съединенията да бъдат доведени до клиничния етап на изпитване.