Новости онкологии

11 марта 2025

Искусственные «плавающие» липидные мембраны ускорят разработку и тестирование противораковых препаратов

Ученые предложили новый метод для оценки эффективности фотосенсибилизаторов – соединений, разрушающих мембраны раковых клеток под действием света. Так, авторы измеряли поверхностное давление, которое возникает в «плавающих» на поверхности воды монослоях липидов, содержащих разные фотосенсибилизаторы. Под действием света такие модельные слои разрушались, и давление в них снижалось на 7,5-50%. При этом лучший результат (50%) показали положительно заряженные фотосенсибилизаторы. Разработанная методика позволит быстро оценивать активность фотосенсибилизаторов и, следовательно, ускорит тестирование потенциальных противораковых препаратов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology.

Рисунок 1. Руководитель проекта, кандидат химических наук Петр Островерхов и старший лаборант кафедры ХТБАСМиОХ, студент магистратуры Дмитрий Медведев.
Источник: Петр Островерхов.

Для борьбы с раком в последние годы активно используется фотодинамическая терапия – подход, при котором врачи вводят в кровь пациенту вещества-фотосенсибилизаторы. Когда эти молекулы достигают опухоли, их освещают светом с определенной длиной волны. Фотосенсибилизаторы поглощают свет и передают его энергию на кислород, растворенный в воде. В результате образуются активные формы кислорода, разрушающие мембраны, белки и генетический материал клеток. Врачи облучают только опухоли, поэтому фотосенсибилизаторы действуют исключительно на раковые клетки. Фотодинамическая терапия нетоксична для здоровых тканей организма, однако для ее широкого применения в клинической практике необходимо разрабатывать высокоэффективные фотосенсибилизаторы. Создание лекарственных препаратов требует новой методики, позволяющей быстро тестировать их активность.

Ученые из МИРЭА – Российского технологического университета (Москва) и Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (Москва) предложили новый способ, позволяющий быстро оценивать эффективность фотосенсибилизаторов. В работе авторы использовали шесть фотосенсибилизаторов на основе хлоринов – производных хлорофилла, уже использующихся в медицине. Тестируемые вещества отличались боковыми химическими группами – они были положительно или отрицательно заряжены или нейтральны.

Рисунок 2. Сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН:
Дарья Данилова, София Селектор и Илья Мезенцев.
Источник: Петр Островерхов.

Фотосенсибилизаторы смешали с липидом POPC – молекулой, которая содержится в оболочках живых клеток и используется в экспериментах для создания искусственных мембран. Из полученной смеси исследователи сформировали на поверхности воды однослойные липидные пленки – модельные мембраны, содержащие фотосенсибилизаторы.

Авторы определили поверхностное давление, которое возникает в монослойных пленках липидов на поверхности воды, и проследили, как оно меняется после облучения светом. Предложенная методика имитирует «поведение» фотосенсибилизаторов в раковых опухолях. Так, из кровотока фотосенсибилизаторы попадают в клетки, встраиваются в мембраны и под действием света выделяют активные формы кислорода, повреждающие липидные слои.

Рисунок 3. Очистка фотоактивного соединения методом колоночной хроматографии.
Источник: Петр Островерхов.

За 15 минут эксперимента давление в монослойных липидных пленках снизилось на 7,5-50%, что говорило об их разрушении. При этом слои с разными фотосенсибилизаторами распадались под действием света с разной скоростью. Так, модельные мембраны с положительно заряженным фотосенсибилизатором разрушались в 3,3 раза быстрее, чем нейтральные, и в 6,6 раз быстрее, чем отрицательно заряженные. То есть фотосенсибилизаторы с положительными группами оказались самыми эффективными. Таким образом, разработанная методика позволила не только установить эффективность этих противораковых соединений, но и сравнить их между собой.

«Разработанный метод позволит снизить финансовые и временные затраты на биологические исследования инновационных противоопухолевых препаратов, в частности, активируемых светом. В целом, наша работа даст возможность ускорить поиск препаратов для терапии социально значимых заболеваний. Это в конечном итоге сделает лекарства доступнее, а методы лечения более эффективными»,– рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Петр Островерхов, кандидат химических наук, преподаватель и научный сотрудник МИРЭА – Российского технологического университета.