Лечение онкологических заболеваний стандартным методом химиотерапии не только уничтожает злокачественные клетки, но и повреждает здоровые. Для решения проблемы российские ученые разработали химически «сшитые» вещества, способные избирательно накапливаться в «энергетических станциях» раковых клеток — митохондриях. Липофильный катион транспортирует вещество в клетки, а функционально активный компонент, бетулиновая кислота, провоцирует их гибель.

Предполагается, что препарат будет воздействовать только на злокачественные клетки, что в будущем дает возможность лечения онкологии без тяжелых побочных эффектов.

Результаты работы, выполненные при финансовой поддержке гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Free Radical Biology and Medicine.

Один из наиболее широко применяемых методов лечения онкологических заболеваний — химиотерапия. Пациенту вводится препарат, останавливающий рост и деление клеток опухоли, а также их распространение по организму. Однако у химиотерапии есть существенный недостаток: она негативно влияет не только на раковые, но и на здоровые клетки. В итоге последние разрушаются, что приводит к серьезным повреждениям и нарушениям работы внутренних органов человека, включая печень, почки и сердце. Поэтому ученые ищут препараты, которые позволили бы свести побочные эффекты к минимуму.

Один из возможных подходов — сочетание компонентов с разной активностью и свойствами. Можно просто смешать соединения, а можно химически их сшить, то есть получить синтетический конъюгат. Такая молекулярная гибридизация показала хорошие результаты в разработке противомикробных, противовирусных и противоопухолевых препаратов. Кроме того, она позволяет получать соединения, воздействующие на определенные типы клеток.

Липофильные конъюгаты «боятся воды», но при этом хорошо сочетаются с липидами, или жирами. Поскольку липиды составляют основу клеточной мембраны, липофильность необходима препарату для взаимодействия с клетками — как на поверхности, так и для проникновения внутрь.

Авторы статьи синтезировали с небольшими отличиями в химической формуле несколько видов новых конъюгатов (F1, F6 и F8) на основе бетулиновой кислоты. Это вещество обладает противоопухолевым действием, а получают его из бетулина, благодаря которому стволы берез имеют белую окраску. Молекула напрямую действует на митохондрии — «энергетические станции» опухолевых клеток, инициируя в них образование активных форм кислорода.

Последние очень сильно повреждают клетку и вызывают ее разрушение. Однако сама по себе бетулиновая кислота плохо проходит через мембрану клеток и недостаточно эффективно действует на митохондрии. Для увеличения активности вещества ее «сшили» с липофильным катионом F16, который способен направленно проникать в «энергетические станции» опухолевых клеток за счет большей величины трансмембранного потенциала (электрического градиента) этих органелл по сравнению с потенциалом клеточной мембраны.

«Мы протестировали новые соединения на клетках, выделенных из вилочковой железы крыс, оценив их жизнеспособность после обработки. Синтезированные нами вещества провоцируют массивную выработку активных форм кислорода в клетках, что приводит к их гибели», — рассказал Михаил Дубинин, один из авторов статьи, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии, клеточной биологии и микробиологии Марийского государственного университета (Йошкар-Ола).

Все полученные производные F16 и бетулиновой кислоты более чем десятикратно превосходят по эффективности исходные соединения. Особого внимания заслуживает конъюгат F6, самый сильно действующий в серии тестируемых соединений. Эффект этого вещества основан на нескольких процессах: так, оно подавляет клеточное дыхание, провоцируя гибель клеток, и одновременно запускает механизмы, способствующие нарушению целостности мембран митохондрий и через каскад реакций приводящие к их самоуничтожению.

«Митохондрии некоторых опухолевых клеток отличаются по своим свойствам от митохондрий здоровых, и именно на эти свойства “реагируют” полученные нами вещества. Это позволяет надеяться, что препарат будет накапливаться в злокачественных клетках и не причинит вреда здоровым, что сведет побочные эффекты от противораковой терапии к минимуму», — подвела итог руководитель по гранту РНФ Дарья Недопекина, кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории органического синтеза института нефтехимии и катализа УФИЦ РАН (Уфа).

На следующем этапе ученых ожидают испытания новых препаратов на модельных животных. Они позволят сделать заключение о перспективности использования новых агентов в терапии рака различного происхождения.