Ученые создали «умные» лекарства, которые точнее распознают рак и срабатывают только в опухоли
Новая технология устроена так: отдельные цепочки ДНК несут на себе разные функциональные части системы — два распознающих элемента, которые связываются с двумя разными маркерами на поверхности раковой клетки, и токсичное лекарственное вещество.
Источник: Новости науки. Иллюстрация создана с помощью нейросети.
МОСКВА, 1 апреля. /Новости науки/. Исследователи из Женевского университета разработали молекулярную систему на основе синтетических цепочек ДНК, которая умеет с высокой точностью распознавать раковые клетки и высвобождать токсичное лекарство только там, где оно действительно нужно. По мнению ученых, эта технология может стать шагом к появлению «умных» препаратов, способных самостоятельно принимать простые решения внутри организма. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
«Это может стать важным шагом вперед в развитии медицины благодаря появлению самодействующей лекарственной системы. До сих пор компьютеры и искусственный интеллект помогали нам разрабатывать новые лекарства. Новизна здесь в том, что само лекарство может в простом смысле “вычислять” и разумно реагировать на биологические сигналы», — приводятся в сообщении слова одного из руководителей работы, профессора кафедры органической химии Женевского университета Николя Винссингера.
Как отмечают исследователи, одна из главных задач современной онкологии — научиться уничтожать опухоль, не повреждая при этом здоровые ткани. Именно поэтому в последние годы так активно развиваются адресные методы лечения, которые стараются доставлять препарат точно в раковые клетки.
Одним из самых успешных подходов стали так называемые конъюгаты антител с лекарством. В них антитело распознает опухолевую клетку и доставляет к ней токсичное вещество. Однако и у этой технологии есть ограничения: такие препараты могут плохо проникать внутрь опухоли, а также не всегда способны переносить достаточно большую лекарственную нагрузку.
Чтобы обойти эти проблемы, ученые из Женевы предложили использовать вместо антител более компактную систему из синтетических цепочек ДНК. Поскольку такие молекулярные элементы значительно меньше по размеру, им легче проникать в толщу опухолевой ткани.
Новая технология устроена так: отдельные цепочки ДНК несут на себе разные функциональные части системы — два распознающих элемента, которые связываются с двумя разными маркерами на поверхности раковой клетки, и токсичное лекарственное вещество.
Когда оба нужных опухолевых маркера одновременно распознаются и связываются со своими «датчиками», цепочки ДНК начинают собираться прямо на поверхности раковой клетки в единую структуру. Именно эта сборка и запускает высвобождение лекарства.
Если же хотя бы один из двух маркеров отсутствует, сборка не начинается, и препарат остается неактивным. Авторы сравнивают этот принцип с двухфакторной аутентификацией на банковском сайте: для запуска системы должны совпасть сразу два условия.
По словам исследователей, такой механизм делает лечение более точным. Кроме того, за счет последовательной сборки нескольких ДНК-фрагментов в нужной точке можно локально накапливать более высокую дозу лекарства, чем при обычной доставке.
В лабораторных экспериментах система успешно распознавала раковые клетки с нужной комбинацией поверхностных белков и избирательно доставляла к ним мощные противоопухолевые вещества. При этом расположенные рядом здоровые клетки не повреждались.
Исследователи также показали, что в такую систему можно одновременно включать несколько терапевтических компонентов. По их мнению, это особенно важно для борьбы с устойчивостью опухоли к лечению, поскольку сочетание нескольких препаратов может помочь предотвратить или преодолеть лекарственную резистентность.
Авторы подчеркивают, что их разработка работает по логическим принципам, похожим на те, на которых строятся компьютеры. В этой первой версии реализована логическая схема типа «и»: система активируется только в том случае, если одновременно присутствуют оба нужных биомаркера опухоли.
В дальнейшем, считают ученые, такие молекулярные конструкции можно будет усложнять, добавляя и другие логические операции. Это откроет путь к программируемым лекарствам, которые смогут лучше подстраиваться под конкретную биологическую ситуацию внутри организма.
По мнению исследователей, речь идет не о замене врачебного контроля, а о создании более точных и щадящих способов лечения, которые будут лучше учитывать особенности конкретного пациента и одновременно снижать риск побочных эффектов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
«Это может стать важным шагом вперед в развитии медицины благодаря появлению самодействующей лекарственной системы. До сих пор компьютеры и искусственный интеллект помогали нам разрабатывать новые лекарства. Новизна здесь в том, что само лекарство может в простом смысле “вычислять” и разумно реагировать на биологические сигналы», — приводятся в сообщении слова одного из руководителей работы, профессора кафедры органической химии Женевского университета Николя Винссингера.
Как отмечают исследователи, одна из главных задач современной онкологии — научиться уничтожать опухоль, не повреждая при этом здоровые ткани. Именно поэтому в последние годы так активно развиваются адресные методы лечения, которые стараются доставлять препарат точно в раковые клетки.
Одним из самых успешных подходов стали так называемые конъюгаты антител с лекарством. В них антитело распознает опухолевую клетку и доставляет к ней токсичное вещество. Однако и у этой технологии есть ограничения: такие препараты могут плохо проникать внутрь опухоли, а также не всегда способны переносить достаточно большую лекарственную нагрузку.
Чтобы обойти эти проблемы, ученые из Женевы предложили использовать вместо антител более компактную систему из синтетических цепочек ДНК. Поскольку такие молекулярные элементы значительно меньше по размеру, им легче проникать в толщу опухолевой ткани.
Новая технология устроена так: отдельные цепочки ДНК несут на себе разные функциональные части системы — два распознающих элемента, которые связываются с двумя разными маркерами на поверхности раковой клетки, и токсичное лекарственное вещество.
Когда оба нужных опухолевых маркера одновременно распознаются и связываются со своими «датчиками», цепочки ДНК начинают собираться прямо на поверхности раковой клетки в единую структуру. Именно эта сборка и запускает высвобождение лекарства.
Если же хотя бы один из двух маркеров отсутствует, сборка не начинается, и препарат остается неактивным. Авторы сравнивают этот принцип с двухфакторной аутентификацией на банковском сайте: для запуска системы должны совпасть сразу два условия.
По словам исследователей, такой механизм делает лечение более точным. Кроме того, за счет последовательной сборки нескольких ДНК-фрагментов в нужной точке можно локально накапливать более высокую дозу лекарства, чем при обычной доставке.
В лабораторных экспериментах система успешно распознавала раковые клетки с нужной комбинацией поверхностных белков и избирательно доставляла к ним мощные противоопухолевые вещества. При этом расположенные рядом здоровые клетки не повреждались.
Исследователи также показали, что в такую систему можно одновременно включать несколько терапевтических компонентов. По их мнению, это особенно важно для борьбы с устойчивостью опухоли к лечению, поскольку сочетание нескольких препаратов может помочь предотвратить или преодолеть лекарственную резистентность.
Авторы подчеркивают, что их разработка работает по логическим принципам, похожим на те, на которых строятся компьютеры. В этой первой версии реализована логическая схема типа «и»: система активируется только в том случае, если одновременно присутствуют оба нужных биомаркера опухоли.
В дальнейшем, считают ученые, такие молекулярные конструкции можно будет усложнять, добавляя и другие логические операции. Это откроет путь к программируемым лекарствам, которые смогут лучше подстраиваться под конкретную биологическую ситуацию внутри организма.
По мнению исследователей, речь идет не о замене врачебного контроля, а о создании более точных и щадящих способов лечения, которые будут лучше учитывать особенности конкретного пациента и одновременно снижать риск побочных эффектов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
