Interfax-Russia.ru — Российские ученые создали "умный" наноскальпель, способный избирательно разрушать опухолевые клетки в переменном магнитном поле.
Коллектив ученых из Томска, Владивостока и Красноярска, включая исследователей ФИЦ "Красноярский научный центр" Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) и Красноярского государственного медицинского университета (КГМУ) им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого, разработал магнитный наноскальпель для адресной и малоинвазивной микрохирургии трудноизлечимых асцитных опухолей.
"Мы разработали новый наноразмерный хирургический инструмент — "умный" наноскальпель на основе магнитных нанодисков. Он способен избирательно разрушать одиночные опухолевые клетки", — цитирует издание СО РАН "Наука в Сибири" заведующую лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководителя лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий КГМУ, доктора биологических наук Анну Кичкайло.
В публикации уточняется, что наноскальпель состоит из двух компонентов: распознающих опухоль молекул и магнитных нанодисков, которые механически разрушают опухолевую клетку в переменном магнитном поле.
"В качестве распознающих молекул специалисты использовали ДНК-аптамеры, аффинные и специфичные к опухолевым клеткам асцитной опухоли", — говорится в заметке.
Аптамеры — это функциональные аналоги белковых антител, представляющие собой синтетические одноцепочечные олигонуклеотиды ДНК или РНК, способные специфически связываться с любыми молекулярными и клеточными мишенями. Благодаря им создается точечно-нацеленная терапия. Аптамеры могут выдерживать широкий диапазон температур, из-за чего имеют длительный срок хранения. Еще одно преимущество этих молекул в простоте их химической модификации.
Эффективность своей разработки ученые проверили in vitro на клетках асцитной карциномы Эрлиха и in vivo на мышах. Исследования показали, что магнитомеханическая терапия помогла значительно снизить количество раковых клеток в асцитной опухоли лабораторных животных даже после однократного воздействия.
"Эксперименты с асцитной карциномой показали принципиальную возможность нанодисков нацеливаться и уничтожать отдельные опухолевые клетки. Таким образом, магнитомеханическая хирургия с дистанционно управляемым переменным магнитным полем наноскальпелем может стать перспективной технологией для терапии асцитной опухоли и злокачественных новообразований", — добавила Кичкайло, отметив, что современные технологии позволяют получать нанодиски для терапии таких опухолей в промышленных масштабах.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Functional Biomaterials.
Злокачественный асцит (или как его еще иначе называют — жидкая опухоль) является одним из самых трудноизлечимых онкологических заболеваний. Патологическая жидкость с раковыми клетками скапливается в брюшной или грудной полости больного и создает благоприятную среду для роста новообразования. Существующие методы терапии асцитных опухолей малоэффективны и высокотоксичны, поэтому, как считают ученые, необходимо разработать новые подходы к лечению таких патологий.
Ранее ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из Московского государственного университета им М.В. Ломоносова, а также специалистами из Финляндии, Германии, Канады, Японии и США создали короткий аптамер, способный более избирательно обнаруживать клетки рака. В отличие от своего предшественника (более длинного аптамера — ИФ), новая последовательность состоит не из 80, а из 35 нуклеотидов. Такая длина оказалась оптимальной и позволила улучшить связывающие свойства молекулы с раковыми клетками за счет его большей специфичности к белковой мишени.
Перед тем как обрезать молекулу, специалисты создали ее трехмерную модель. Для программирования и расчета они использовали ресурсы нескольких мировых научных лабораторий, включая суперкомпьютерный центр РАН. Зная, как выглядит и располагается в пространстве аптамер, ученые смогли изменить его, не повредив структуру и не повлияв на основные свойства и характеристики, необходимые для применения и связывания с клетками.
Действие своей разработки специалисты проверили на окрашенных тканях опухоли легкого, полученных от людей с данным заболеванием. Новая модификация аптамера с более высокой точностью связывалась с опухолевыми клетками легких, но не соединялась со здоровыми тканями. Причиной этому стало усиление энергии связывания молекулы и сокращение вариантов для процесса молекулярного узнавания из-за уменьшения длины.
"Аптамеры используются в качестве клинических реагентов для направленной терапии и доставки лекарств, диагностики и биосенсоров. Мы научились делать их более специфичными и короткими — убрали ненужный "хвост", который увеличивал возможности аптамера связываться с другими клетками", — рассказала руководитель проекта Анна Кичкайло.
Длинная молекула имеет большую степень свободы: может свернуться, реагируя на внешние условия, и уже не будет выполнять своей роли. А вот небольшое количество нуклеотидов дает меньше вариантов для связывания с чем-то другим и изменения формы.
"В эксперименте с раковыми клетками легких короткие аптамеры хорошо связывались и окрашивали ткани рака, и при этом переставали помечать другие, находящиеся вокруг здоровых клеток или ткани других типов рака, например, молочной железы. Удаление "хвоста" сделало аптамер более специфичным, а также позволило значительно удешевить и облегчить его синтез из-за меньшего количества нуклеотидов", — пояснила исследователь.
Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Therapy — Nucleic Acids.
Ранее международная группа ученых из России, Финляндии, Италии, Китая, Тайваня и Канады, в состав которой вошли и исследователи из Красноярского научного центра СО РАН, разработала новую методику создания аптамеров для определения или обезвреживания вирусов.
"Аптамеры можно сконструировать таким образом, чтобы они соединялись с белками-мишенями с высокой специфичностью и силой. Такие молекулы являются многообещающими для обнаружения SARSCoV-2 и блокирования его вирусной активности. Механизм их взаимодействия с мишенью аналогичен механизму антител. Они способны присоединяться к конкретной биологической мишени, например, белку шипа коронавируса, который важен для проникновения вируса в клетки хозяина", — пояснили в КНЦ.
С помощью разработанной технологии исследователи создали модифицированный аптамер Apt31, который высоко специфичен к белку шипа коронавируса. По сравнению с используемыми ранее молекулами он обладает наиболее сильным связыванием с белком.
"Эффективность соединения Apt31 с белком шипа коронавируса была доказана с использованием 3 различных экспериментальных методов. В настоящее время проводятся эксперименты по оценке противовирусных свойств Apt31", — сообщила Анна Кичкайло.
По ее словам, использовать модифицированный аптамер можно как в терапии коронавируса (то есть для предотвращения проникновения вируса в клетки человека), так и на этапе диагностики (для обнаружения присутствия вируса в биологических жидкостях).
