Химический «снайпер» против рака: российская разработка уничтожает раковые клетки не вредя здоровым

Группа ученых из двух российских образовательных учреждений представила новые соединения, способные эффективно уничтожать раковые клетки, при этом не вызывая негативных последствий для здоровых тканей. В ходе исследования, проведенного на клетках рака шейки матки, было установлено, что эти соединения обладают сниженной токсичностью по сравнению с доксорубицином, одним из известных противоопухолевых препаратов. Это открытие предлагает перспективы для разработки новых методов лечения рака, которые смогут избежать побочных эффектов, характерных для химиотерапии.


Рак является одной из главных причин смерти во всем мире. Согласно Всемирной организации здравоохранения, в 2020 году онкологические заболевания унесли жизни почти 10 миллионов людей. Вместе с тем, современная медицина постоянно разрабатывает новые методы лечения, которые могут помочь справиться с большинством онкологических заболеваний. Однако, важным условием успеха любого лечения остается ранняя диагностика рака.

Одним из наиболее распространенных методов лечения онкологии на сегодняшний день является химиотерапия. При этой процедуре опухолевые клетки подвергаются воздействию химических веществ, которые разрушают их. Лекарственные препараты могут быть поданы пациенту в виде таблеток, инъекций или капсул.

Для большинства пациентов с распространенными формами рака химиотерапия является основным методом лечения, который позволяет длительное время контролировать заболевание. Однако у этого метода есть некоторые побочные эффекты. Поскольку химиотерапевтические препараты воздействуют на все клетки организма (включая злокачественные и здоровые клетки, находящиеся в определенной стадии развития), они могут повредить здоровые ткани пациента.

Антон Муравьев, доцент Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО, предложил одно из решений, которое может помочь уменьшить негативные эффекты химиотерапии — разработку лекарств с меньшей токсичностью для здоровых клеток. Кроме того, специалистам необходимо понять, как подавить защитные механизмы раковых клеток и привести их к апоптозу.

Апоптоз, или программируемая клеточная смерть, является нужным механизмом в организме. Он позволяет своевременно заменять устаревшие клетки новыми, предотвращая накопление клеток с генетическими мутациями. Однако, в случае появления мутаций в ДНК, клетка может стать раковой и начать устойчиво сопротивляться апоптозу, делаясь практически бессмертной. Задача ученых заключается в том, чтобы нарушить механизм защиты раковых клеток от апоптоза, не нанося вреда здоровым клеткам.

Антон Муравьев объясняет эту аналогию, сравнивая раковые клетки со сорняками, которые борются за ресурсы и мешают здоровому росту. Если не удалить все корни сорняков, они вновь появятся. Аналогично, раковые клетки быстро делатся, вытесняют здоровые клетки и имеют механизм защиты от апоптоза, что делает их почти бессмертными. Поэтому важно разработать соединения, которые подавят защиту раковых клеток и приведут их к гибели. При этом эти соединения должны воздействовать только на опухоль и быть безопасными для здоровых клеток.

В ходе исследования, совместно проведенного учеными Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО, Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова Казанского научного центра РАН и Университета Ист-Англии, были синтезированы противоопухолевые соединения с различной геометрией и химико-биологическими свойствами. В результате исследований ученые получили девять молекулярных структур.

Синтезированные соединения представляют собой структуру, которая напоминает чаши с выступающими гроздьями винограда. В качестве «чашей» использовались нетоксичные макроциклические молекулы каликсаренов, состоящие из связанных звеньев фенола и формальдегида. Эта структура позволяет «присоединять» другие молекулы и контролировать их проникновение в клетку. К «чашам» были прикреплены «гроздья винограда» — молекулы пиразола, способные связываться с ДНК клеток и запускать механизм апоптоза.

Согласно Антону Муравьеву, исследование было результатом совместного сотрудничества ученых из ИТМО, Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова и Университета Ист-Англии. Эта работа продолжалась более пяти лет.

После получения девяти синтезированных соединений исследователи провели проверку их противораковой активности. Для этого каждое соединение было нанесено на здоровые клетки печени и легких, а также на раковые клетки шейки матки, легких и простаты. В результате проведенных экспериментов было определено, что три из этих соединений показали наилучший результат. Они успешно уничтожили раковые клетки шейки матки, и при этом сохраняли жизнеспособность здоровых клеток. Это является перспективным открытием в разработке противораковых препаратов.
Антон Муравьев пояснил, что в конце первой фазы жизненного цикла клетка проводит проверку на наличие повреждений в ДНК. Если обнаруживаются генетические ошибки, рост клетки останавливается, и активируются механизмы для исправления мутаций. Однако, если клетке не удается исправить повреждение, то запускается механизм апоптоза — программируемой клеточной смерти. В случае раковых клеток, они сопротивляются этому процессу, и в этот момент противоопухолевые соединения приходят на помощь. Они воздействуют на ДНК раковых клеток, и тем самым запускают апоптоз, заставляя клетки самоуничтожиться.

Созданные противоопухолевые соединения обладают двумя важными преимуществами. Во-первых, они обладают избирательностью, подавляя только раковые клетки и не затрагивая здоровые. Дополнительный эксперимент показал, что после обработки раковых клеток соединениями, через 24 часа у этих клеток запустился механизм апоптоза, который привел их к самоуничтожению, при этом здоровые и мертвые клетки остались неизменными. В сравнении с популярным противоопухолевым препаратом доксорубицином, который подавляет и раковые и здоровые клетки, результаты теста подтвердили преимущество разработанных соединений.

Разработанные противоопухолевые соединения были признаны безопасными для организма, что подтвердили результаты двух экспериментов. В первом эксперименте соединения не вызвали гемолиза — разрушения эритроцитов в крови человека. Во втором эксперименте соединения были введены здоровым мышам, чтобы определить летальную дозу.

Дальнейшие планы группы исследователей включают проверку активности соединений in vivo на больных раком мышей или на клеточных культурах других видов опухолей. Тем не менее, в данный момент наиболее важным является тестирование противоопухолевых соединений на мутагенность. Это позволит определить, вызывают ли они мутации и негативные эффекты в здоровых клетках.

Антон Муравьев отмечает, что с помощью расчетов уже было показано, что их соединения не вызывают мутации в молекулах ДНК. Однако, следующим шагом будет экспериментальная проверка данного факта. Это важно для понимания того, как организм будет реагировать на продолжительную химиотерапию и появляться ли при этом побочные эффекты.