Пластиковые антитела
Антитела из полимеров позволят эффективно метить и уничтожать раковые клетки
Блог Физтеха на сайте Naked Science
Международная группа исследователей под руководством Николая Барлева, заведующего Лабораторией клеточного сигналинга МФТИ, показала принципиальную возможность создания нового класса противоопухолевых препаратов на основе nanoMIP – «пластиковых антител». Эта разновидность наночастиц является полимерным синтетическим аналогом антител и способна специфично связывать белки-мишени на поверхности раковых клеток. В будущем развитие данного подхода может привести к смене существующей парадигмы в разработке новых методов лечения рака. Исследования проводились международной группой ученых из Университета Лестера (Великобритания), Университетского колледжа Лондона (Великобритания), Института цитологии РАН и МФТИ. Работа была опубликована на страницах журнала Nano Letters и была поддержана грантом РНФ.
Рис. 1. Схема связывания синтезированных nanoMIP с поверхностью клетки. Полимерные наночастицы специфично связываются с EGFR, в то время как доксорубицин (показан красным) выходит из наночастиц и проникает через клеточную мембрану / Пресс-служба МФТИ
Синтез полимерной наночастицы происходит в присутствии молекулы-мишени, что приводит к образованию в nanoMIP отпечатков последней. Этот процесс можно сравнить со снятием форм для отливки, при которой конечный материал сохраняет очертания модели. Называется он импринтингом. При этом полученные «формы» приобретают способность специфично распознавать и связывать молекулу-«мишень». В проведенном исследовании в качестве мишени был выбран тирозин-киназный рецептор EGFR (epithelial growth factor receptor – рецептор эпидемального фактора роста). Его повышенное присутствие наблюдается в широком спектре опухолей – от колоректального рака, рака легкого, наиболее агрессивной формы рака молочной железы, трижды негативного РМЖ, до опухоли мозга. Именно в силу этих факторов EGFR стал одной из первых мишеней для противоопухолевых препаратов на основе антител. В данной работе наночастицы были получены методом двойного импринтинга против двух молекул мишеней – линейного эпитопа («эпитоп» – участок мишени, который узнается антителом при связывании) EGFR и цитотоксического лекарственного препарата доксорубицина. Таким образом, конечный продукт одновременно может связываться с EGFR и оказывать терапевтическое воздействие за счет модификации доксорубицином.
Николай Барлев, руководитель лаборатории регуляции клеточного сигналинга МФТИ: «Несмотря на свою эффективность, препараты на основе антител сложны в разработке и дороги в производстве. В терапии тех форм рака, в которых наблюдается избыточная экспрессия EGFR успешно применяются специфические моноклональные антитела против этой мишени (сетуксимаб, или Erbitux®). Однако, в силу нестабильности этого препарата в организме, пациенту регулярно требуется вводить свежую порцию антител в течение всего курса терапии. Один такой курс для пациента стоит около 100 тыс. долларов США. Синтетические аналоги антител, такие как nanoMIP, лишены этих недостатков, кроме того, в отличие от биомолекул, в целом их стабильность не зависит от таких условий среды как температура и кислотность, а значит, шире спектр их возможного использования. В перспективе они могут существенно расширить возможности диагностики и лечения самых разных болезней».
При этом для синтеза nanoMIP, способных специфично распознавать и связывать определенный белок, достаточно создать «отпечаток» не всей молекулы, а лишь ее небольшого участка. Этот короткий олигопептид ковалентно (то есть с образованием химической связи) «пришивается» на стеклянные шарики, которые затем смешиваются с мономерами акриламида и доксорубицином. Стоит отметить, что полиакриламид, в отличие от собственных мономеров, является биологически безопасным материалом, который используется, например при производстве мягких контактных линз. При увеличении температуры происходит полимеризация мономеров, и формируются наночастицы размером от 100 до 200 нм с молекулярным «отпечатком» белка-мишени и включенным в них доксорубицином. Непрореагировавшие мономеры и неспецифичные наночастицы отмываются, в то время как синтезированные «пластиковые антитела» остаются связанными со стеклянными шариками (рис. 2).
Рис. 2. Схема синтеза nanoMIP с иммобилизованным на стеклянных шариках концевым фрагментом EGFR / Пресс-служба МФТИ
Николай Барлев: «Нам впервые удалось получить полифункциональные nanoMIP, сочетающие в себе специфичность узнавания белков-мишеней, так и возможность адресной доставки различных химических препаратов. Ранее это было невозможно, так как технология синтеза не позволяла стандартизовать условия получения nanoMIP и эффективность получаемого продукта была непредсказуемой. Использование твердофазного синтеза помогло решить эту проблему. На очереди – создание ферромагнитных nanoMIP, которые позволяет еще больше расширить функциональность «пластиковых антител» как для диагностики, так и для терапии различных заболеваний».
В рамках исследования ученые продемонстрировали умеренную и специфичную токсичность полученных наночастиц для раковых клеток. Причем подобная токсичность достигалась исключительно за счет добавления доксорубицина при полимеризации, так как контрольные наночастицы, не несущие противоопухолевый препарат никак не влияли на клетки. Помимо этого, при добавлении терапевтических nanoMIP в клетках наблюдались множественные разрывы ДНК, характерные именно для воздействия доксорубицина (на этом основан механизм его действия). Наконец, связывание «пластиковых антител» с EGFR, дополнительно приводило к уменьшению плотности рецепторов на поверхности клеток.
Таким образом, потенциальный терапевтический эффект разработанных наночастиц для лечения EGFR-зависимых опухолей обусловлен тремя факторами – прямым цитотоксическим эффектом доставляемого противоопухолевого препарата, маскировкой рецептора от его лиганда и уменьшением концентрации EGFR на поверхности клеток. Успешные результаты экспериментов in vitro свидетельствуют о перспективности использования nanoMIP для специфичной доставки лекарств и являются хорошей предпосылкой для дальнейших исследований.
В рамках конкурса на создание академических лабораторий с институтами РАН в июне этого года на базе МФТИ была открыта Лаборатория регуляции клеточного сигналингапод руководством Николая Барлева. Одним из направлений работы новой лаборатории станет дальнейшее развитие технологии «пластиковых антител» для лечения опухолей.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru