0 %

Наночасточки сквалену, поєднані з гемцитабіном, – ​новий підхід до забезпечення цільової доставки хіміопрепарату

27.07.2017

30 травня 2017 р. у журналі Nature Communications вийшла друком стаття «Кон’югація сквалену з гемцитабіном як унікальний підхід до доправлення ліків, що використовує ендогенні ліпопротеїни». Одним з її співавторів у складі великого міжнародного колективу дослідників є провідний науковий співробітник відділу фізики біологічних систем Інституту фізики НАН України, доктор ­фізико-математичних наук Семен Єсилевський.

Наукову роботу виконано в галузі ­наномедицини – ​міждисциплінарного наукового напряму на перетині медицини, молекулярної біології, біофізики, ­біохімії та фармакології, який займається застосуванням наночасточок з лікувальною та діагностичною метою.
Значною проблемою лікування пацієнтів з онкологічними захворюваннями є адресна доставка токсичних лікарських речовин безпосередньо до пухлини з ­мінімізацією їхнього впливу на здорові тканини та організм у цілому. Інертні ­наночасточки можуть використовуватися як контейнери, здатні переносити лікарський препарат до клітин-­мішеней, ­вивільняючи його лише там, де необхідно. Зазначене завдання є складним для безпосередньої реалізації, адже потребує складних міжгалузевих досліджень на ­перетині медицини, молекулярної біології, біофізики, біохімії та фармакології.
Зокрема, для успішного створення ­онкологічного нанопрепарату необхідно розробити:

  • методи отримання наночасточок ­різного походження;
  • способи з’єднання наночасточок з ­лікарським препаратом;
  • способи адресної доставки до зло­якісних (або інших) клітин;
  • методи контрольованого вивільнення хіміопрепарату в пухлинні клітини;
  • шляхи забезпечення утилізації наночасточок організмом тощо.

Наразі вирішити всі поставлені завдання в повному обсязі ще не вдалося. Дослідження, присвячені нанотехнологіям в онкологічній практиці, проводяться в багатьох наукових центрах по всьому світу, мають міждисциплінарний та часто міжнародний характер, оскільки потребують об’єднання зусиль та досвіду фахівців різних спеціальностей.
За майже 30 років існування нано­медицини було запропоновано величезну кількість варіантів терапевтичних нано­час­точок: їх виготовляли на основі різно­ма­ніт­них полімерів, ліпосом (ліпідних пухирців), металевих наночасточок (заліза, золота, срібла, міді), карбонових матеріалів (фуле­ре­нів, нанотрубок, графену), багатьох інших матеріалів та їх комбінацій. Жоден із цих варіантів не увійшов до широкої медичної практики.
Сьогодні вважається, що для досягнення бажаного ефекту найкраще підходять наночасточки з нетоксичних ­біосумісних матеріалів, які можуть розпадатися й утилізуватися в організмі, не завдаючи шкоди здоровим органам і тканинам.
Одним з перспективних біосумісних ­матеріалів є сквален – ​жиророзчинна речовина, що постійно синтезується в клітинах нашого організму як попередник у синтезі холестеролу та стероїдних гормонів (рис. 1). Сквален – ​нейтральна речовина, яка давно широко використовується у парфумерії та косметології. Фахівці групи професора Патріка Кувре (Patrick Couvreur) з Універ­ситету Парі-Зюд (м. Париж, Франція) є ­піонерами у використанні сквалену для створення терапевтичних наночасточок. Вони зокрема розробили технологію хімічної модифікації низки лікарських препаратів скваленовими «хвостами», після якої утворені агрегати починають формувати наночасточки різної форми й розміру.

pic 1 page 47 Onko#3 2017
Відомо, що скваленові наночасточки ­нетоксичні та можуть бути введені безпосередньо у кров, яка успішно транспортує їх до відповідних тканин-мішеней. Водно­час не було досліджено, як саме такі часточки взаємодіють з різноманітними компонентами плазми крові. Власне, з’ясування цих механізмів і стало метою дослідження, в якому взяв участь С. Єсилевський. Роботи проводилися шляхом поєднання експериментальних методик та комп’ютерного моделювання. Останніми роками комп’ютерне моделювання стало своєрідним золотим стандартом для біомедичних досліджень.
Оскільки сквален є жиророзчинною речовиною, то окрему увагу науковці приділили вивченню його взаємодії з ліпопротеїнами плазми крові. Ліпопротеїни – ​це складні білкові молекули, синтезовані людським організмом для транспорту не розчинних у воді речовин, зокрема ліпідів і холестеролу. Самі ліпіди у крові не розчиняються, але в поєднанні з ліпопротеїдами можуть транспортуватися з током крові. Особливу роль у цьому процесі відіграє фракція ліпопротеї­нів низької щільності, надлишок яких часто спостерігається в осіб, хворих на атеросклероз. Спрощено ліпопротеїни можна описати як нанорозмірні жирові краплі, вкриті поверхневим шаром білків.
Під час дослідження виявилося, що у плазмі крові скваленові наночасточки дуже активно взаємодіють з ліпопротеїнами низької щільності. Комплекс протипухлинного препарату гемцитабіну зі скваленом (гемцитабін-сквален) вбудовується в ліпопротеїнові часточки та разом з ними транспортується в межах організму (рис. 2). Скваленовий «хвіст» при цьому виконує функцію якоря: завдяки своїй жиророзчинності він проникає всередину ліпопротеїнової жирової краплі, втягуючи за собою приєднану молекулу гемцитабіну. Без скваленового «хвоста» цей водорозчинний препарат не проникає в ліпопротеїнові ­часточки та швидко деградує в плазмі крові, не досягаючи ­клітин-мішеней.

pic 2 page 47 Onko#3 2017
Можливість вбудовування гемцитабін-­сквалену в ліпопротеїни є важливою ще й з огляду на те, що клітини злоякісних пухлин часто мають підвищену потребу в холестеролі й захоплюють із крові значно більшу кількість ліпопротеїнів, ніж здорові клітини. Таким чином, лікарський препарат у високих концентраціях буде адресно надходити до клітин-мішеней і активно споживатися ними.
Дослідницька група професора П. Кувре виконувала основну експериментальну частину роботи. Україн­сь­кий вчений С. Єсилевський разом з про­фесором Крістофом Рамзеєром (Chris­tophe Ram­se­yer) з Університету Бурґонь-Франш-Комте (м. Безансон, Франція) про­водили ком­п’ю­терне моделювання процесу вбудо­вування гемцитабін-сквалену в ліпопротеї­ни низької щільності за допомогою методу молекулярної ­динаміки. Розгляда­ла­ся модельна система з кількох сотень тисяч ­атомів, яка складалася з молекули ­гемцитабін-сквалену й частини ліпідного ядра ліпопротеїнової часточки (рис. 3). Обра­хо­вувалися всі фізичні міжатомні взає­модії та рух усіх атомів у такій сис­темі. Було доведено, що для молекули ­гемцитабін-сквалену проникнення в ліпопротеїнову часточку є енергетично вигідним, тоді як сам гемцитабін усередину не проникає. Розрахунки достовірно підтвердили експериментальні дані.

pic 3 page 47 Onko#3 2017

Таким чином, скваленові наночасточки можуть бути носієм для хіміопрепарату. Природні властивості сквалену дозволяють використовувати ендогенні ліпопротеїни для транспорту хіміопрепаратів та підвищувати вибіркове поглинання ­лікарського препарату злоякісними пухлинними клітинами. Зазначена робота ­пояснює лише одну з численних деталей складної картини поведінки скваленових наночасточок у живому організмі. Однак саме такі деталі є важливими для створення нових ефективних лікарських засобів, придатних для використання в онкології.

Sobot D., Mura S., Yesylevskyy S.O. et al. Conjugation of squalene to gemcitabine as unique approach exploiting endogenous lipoproteins for drug delivery. Nature Communications 8, Article number: 15678 (2017).

Підготувала Катерина Котенко

Підготовлено за підтримки прес-служби НАН України

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ Онкологія та гематологія

10.10.2017 Онкологія та гематологія Тромбоцитопенія: етіологія, клініка, діагностика

Тромбоцитопенії (ТП) є гематологічним розладом, який щодня можна спостерігати в практиці – від асимптомних пацієнтів сімейного лікаря до важких хворих відділення інтенсивної терапії (ВІТ). Широкий спектр етіологічних чинників і різноманітність клінічних проявів часто створюють труднощі для встановлення вірного діагнозу, що унеможливлює відповідне лікування (Ali N., Auerbach H.E., 2017)....

27.09.2017 Онкологія та гематологія Ростислав Евгеньевич Кавецкий: свойства души

Это было недавно, это было давно… 1963 год. Киев. Ранняя весна. Замечательная погода, неповторимая атмосфера родного города, наслаждаясь которыми, я не мог предвосхитить уготованную судьбой встречу с видным ученым, академиком АН УССР Ростиславом Евгеньевичем Кавецким. На эти памятные минуты общения с ним я, конечно же, нисколько не рассчитывал....

27.09.2017 Онкологія та гематологія Раннее выявление меланомы – дело каждого

13 апреля 2017 года в Украине был проведен IX Всеукраинский день диагностики меланомы. Эта акция осуществляется в рамках международной программы «Евромеланома» и охватывает все страны Европы. Всеукраинский день диагностики меланомы проводится ежегодно начиная с 2009 года под эгидой Министерства здравоохранения Украины, Украинской ассоциации врачей-дерматовенерологов и косметологов, а также при поддержке общественных организаций и представителей социально ответственного бизнеса. ...

27.09.2017 Онкологія та гематологія Интимная жизнь онкологических больных во время лечения

Поступая в клинику с онкологическим диагнозом, человек сталкивается с новым и неизвестным для него миром. С этого момента его жизнь делится на «до» и «после». На протяжении лечения он мечется между клиникой и домом, пытаясь сохранить свой социальный и личный статус на прежнем уровне. При этом неизбежно возникает множество проблем и вопросов, которые далеко не всегда получается решить в одиночку. ...