Как врачам уничтожить раковые клетки, не повредив здоровые ткани? Этот вопрос остается одной из самых сложных задач в современной онкологии. Исследователи из Женевского университета (UNIGE) разработали «умную» систему, созданную из синтетических нитей ДНК, которая может с поразительной точностью идентифицировать раковые клетки и высвобождать сильнодействующие лекарства только там, где это необходимо. Помимо лечения рака, этот подход указывает на будущее программируемых, реагирующих на внешние воздействия лекарств. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
Целенаправленная терапия уже изменила подход к лечению рака, направляя лекарства непосредственно к опухолям, помогая уменьшить повреждение здоровых клеток и смягчить тяжелые побочные эффекты, связанные с химиотерапией. Одна из наиболее успешных стратегий включает конъюгаты антител с лекарственными препаратами (ADC), в которых моноклональные антитела используются для доставки лекарств непосредственно к раковым клеткам.
Однако у ADC-препаратов все еще есть недостатки. Их относительно большой размер может ограничивать их проникновение в опухоли, и они могут переносить лишь ограниченное количество лекарственного препарата. Эти проблемы подтолкнули ученых к поиску новых способов более эффективной доставки терапевтических средств.
Доставка лекарств на основе ДНК открывает новые преимущества.
Для преодоления этих ограничений команда UNIGE разработала систему на основе коротких цепочек ДНК. Поскольку эти молекулы намного меньше антител, они могут легче перемещаться через опухолевую ткань. Кроме того, их можно модифицировать для переноса нескольких компонентов, что повышает их потенциальную эффективность.
Система «двух кнопок» для точной активации лекарственных препаратов
Новый метод основан на использовании нескольких отдельных нитей ДНК, каждая из которых выполняет определенную функцию. Некоторые нити содержат связывающие вещества, распознающие онкомаркеры, а другие несут токсичный препарат.
Когда на клетке присутствуют два различных онкомаркера, компоненты ДНК прикрепляются к ним и собираются именно в этом месте. Это запускает цепную реакцию, которая наращивает больше структур ДНК в этом месте, увеличивая количество доставляемого лекарства. Этот процесс работает во многом как двухфакторная аутентификация на банковском сайте. Оба маркера должны быть обнаружены до активации. Если один из них отсутствует, реакция не начинается, и лекарство остается неактивным.
Результаты лабораторных исследований демонстрируют высокую селективность и мощность.
В лабораторных экспериментах система успешно идентифицировала раковые клетки со специфическими комбинациями поверхностных белков и доставляла к ним сильнодействующие препараты. При этом соседние здоровые клетки не подвергались воздействию.
Исследователи также показали, что с помощью этого подхода можно одновременно доставлять несколько лекарственных препаратов. Это может иметь важное значение для предотвращения или преодоления резистентности, распространенной проблемы в лечении рака.
«Это может стать важным шагом вперед в развитии медицины, поскольку вводится саморегулирующаяся система для выработки лекарств. До сих пор компьютеры и искусственный интеллект помогали нам разрабатывать новые лекарства. Новизна здесь заключается в том, что само лекарство может простым способом «вычислять» и интеллектуально реагировать на биологические сигналы», — объясняет Николас Винссингер, профессор кафедры органической химии факультета химии и биохимии естественнонаучного факультета Женевского университета и последний автор исследования.
Лекарства, которые действуют как «компьютеры»
Система работает на основе той же базовой логики, что и в вычислительной технике. Подобно тому, как компьютеры используют операции «и», «или» и «не», эта технология применяет аналогичные правила на молекулярном уровне. В данном случае логический элемент «и» гарантирует, что препарат активируется только при наличии обоих онкомаркеров, что делает лечение высокоизбирательным.
На пути к программируемым «умным» лекарствам
В будущем исследователи надеются расширить эту концепцию, добавив более сложные логические функции. Это может привести к созданию лекарств, которые будут вести себя как программируемые системы, способные принимать более сложные решения внутри организма.
Подобные методы лечения могли бы адаптироваться к уникальным биологическим особенностям каждого пациента, повышая эффективность и снижая побочные эффекты. Эти системы призваны не заменять врачей, а повышать точность и контроль терапии, открывая новые возможности для персонализированной медицины и меняя подходы к лечению заболеваний.
Данное исследование было поддержано Швейцарским национальным научным фондом и основывается на более ранних работах в рамках программы химической биологии Национального центра исследований и разработок (NCCR).
Источник: www.sciencedaily.com
