Для лечения онкологических заболеваний активно применяют лучевую терапию и химиотерапию. Но побочные эффекты и химиорезистентность заставляют ученых искать новые способы борьбы с раком.
Фото: Предоставлено пресс-службой ИТМО
Фото: Предоставлено пресс-службой ИТМО
Альтернативой этим методам может стать технология генной терапии, а именно антисмысловые олигонуклеотиды (АСО) — одноцепочечные искусственно синтезированные короткие фрагменты ДНК. Правда, с использованием антисмысловых агентов в качестве противоопухолевых препаратов есть сложность: они могут подавлять нужные гены и в здоровых клетках.
Исследователи Университета ИТМО нашли способ, как решить эту проблему: они усовершенствовали привычную технологию антисмысловых агентов, чтобы вместо одной целевой молекулы она распознавала две. Для этого они создали конструкцию на основе бинарных антисмысловых олигонуклеотидов для поиска онкомаркеров и избирательного расщепления злокачественных образований. Система состоит из двух модулей: сенсорного, который ищет специальные нуклеиновые кислоты, сигнализирующие о наличии рака, и терапевтического, «отлавливающего» целевую молекулу, которую нужно разрушить. До ученых ИТМО никто не рассматривал технологию антисмысловых агентов для онкомаркер-зависимого запуска терапии рака.
Исследователи проверили эффективность предлагаемого ими решения in vitro на фрагменте РНК гена GFP (зеленого флуоресцентного белка). Он широко используется в качестве светящейся метки в клеточной и молекулярной биологии для изучения экспрессии клеточных белков. В качестве онкомаркера ученые выбрали фрагмент гена KRAS. Он представлен во многих типах рака. Около 27% случаев появления онкозаболеваний у человека связаны именно с мутацией генов семейства RAS.
Предложенную учеными конструкцию можно видоизменять под любую систему, любой онкомаркер и целевой ген — это открывает возможности для будущих исследований.
Валерия Дрозд, аспирант химико-биологического кластера ИТМО:
— Как сейчас работает технология генной терапии, использующая антисмысловые олигонуклеотиды?
— Классический антисмысловой олигонуклеотид представляет собой короткую искусственную цепь ДНК, которая способна в клетках узнавать и связывать продукт целевого гена — РНК. После такого связывания происходит угасание активности нежелательного гена в клетках — и здесь начинается терапевтический эффект.
— Какие сложности есть в использовании антисмысловых агентов в качестве противоопухолевых препаратов?
— Так как АСО не имеют функцию распознавания клеток-мишеней, в онкологии для общей безопасности организма чаще их нацеливают на биомаркеры рака (например, с-Myc, miR-155). Наиболее прогрессивным путем оказалось подавление генов, препятствующих естественной гибели клеток в комбинации с токсичными химическими молекулами. Так, препарат Custirsen находится на третьей фазе клинических исследований. Однако на сегодня неизвестно, сколько одобренных препаратов на основе АСО в онколечении. Условие эффективного функционирования АСО — успешное проникновение в клетки-мишени. В целом эффективность технологии зависит от многих факторов: необходимо удачно определить уязвимый ген, угасание активности которого может вызывать гибель раковых клеток. Однако такой подход может привести к токсичности во всех клетках — как здоровых, так и больных. Чтобы беспрепятственно нацеливать такие гены, мы активно развиваем свой метод.
— Как исследователи из ИТМО предлагают решить эту проблему?
— Основная идея нашего проекта — активировать терапию только в раковых клетках, таким образом снизив риски для нормальных тканей. Однако цель не из простых. Параллельно приходится решать несколько задач. Для этого часть нашего научного коллектива ищет уникальные гены, подавление которых приводило бы к гибели всех или большинства типов раковых клеток. Другие ребята сосредоточены на поиске специфических для раковых клеток биомаркеров, которые будут отсутствовать в нормальных тканях. Такие биомаркеры должны стать триггером для включения терапии. Безусловно, в нашей команде есть разработчики уникальных молекулярных машин, которые будут взаимодействовать с биомаркерами и в ответ запускать терапию. Четвертым направлением наших разработок выступает подбор эффективных инструментов для автоматической внутриклеточной доставки таких молекулярных машин.
— Расскажите подробнее про конструкцию на основе бинарных антисмысловых олигонуклеотидов для поиска онкомаркеров и избирательного расщепления злокачественных образований.
— Недавно мы опубликовали научную статью, в которой был представлен прототип молекулярной машины, способной принимать решение об активации терапевтического эффекта в присутствии онкомаркера мРНК гена KRAS (мутации этого гена обнаруживаются в 25% случаев рака). Мы предложили концепцию бинарного антисмыслового агента (БиАСО). Он представляет собой две цепи ДНК, каждая имеет два участка: один из них — это терапевтический модуль, который ищет целевую молекулу, а второй — это сенсорный модуль, который связывается с онкомаркером. Механизм терапии БиАСО такой же, как и в классическом АСО, однако запуск терапии проходит с помощью онкомаркера.
Ахмед Эльдиб, групп-лидер, аспирант химико-биологического кластера ИТМО:
— Как дальше будет продвигаться исследование в этой области?
— Мы развиваем наш проект в сторону создания универсального ДНК-наноробота, включающего в себя четыре важнейшие функции: (1) проникновение в раковые клетки, (2) обнаружение биомаркеров заболевания и (3) обработка информации, в ходе которой применяется решение об активации (4) терапии. Сейчас каждая функциональная единица разрабатывается в отдельности малыми подгруппами нашего коллектива. Далее мы планируем объединить эти четыре ключевых модуля в одну систему и выйти с новым подходом на этап доклинических исследований.