Для лечения рака применяют несколько основных подходов: хирургическое удаление, радио- и химиотерапию. Однако они могут быть недоступны или недостаточно эффективны, особенно в случае опухолей головного мозга — глиом, — а также рака головы, шеи и тех случаев, когда новообразования значительно прорастают в орган. Их сложно извлечь, не повредив окружающие ткани, а классическая лучевая и химиотерапия негативно влияют на организм в целом, и пациент может просто не выдержать такого лечения.
Многообещающей альтернативой может стать бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ). Она основана на том, что пациенту вводят препарат со стабильным изотопом бор-10, который накапливается в опухоли. Так она становится чувствительной к воздействию эпитепловых нейтронов — они медленные и по энергии движения сравнимы с молекулами газа при комнатной температуре. Бор-10 эффективно поглощает их и превращается в литий с образованием альфа-частиц. Они обладают большой энергией, способной убить раковые клетки, но при этом действуют локально, не проникая в окружающие здоровые ткани.
Идея медицинского направления, получившего название бор-нейтронозахватная тераностика (терапия и диагностика), состоит в создании лекарственных конструкций, которые выполняли бы одновременно несколько функций: транспортную, визуализирующую и терапевтическую.
«При конструировании агентов для тераностики мы решили воспользоваться опытом природы, где каждая молекула, как правило, выполняет несколько функций, и в тоже время каждая функция может быть реализована несколькими альтернативными механизмами», — рассказывает Татьяна Годовикова, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории Органического синтеза ИХБФМ СО РАН.
Авторы пришли к выводу, что оптимальной базовой структурой для препарата может являться белок альбумин, в частности потому, что он активно поглощается раковыми клетками, и, таким образом, может выступать в качестве адресной молекулы. Эта идея не нова, но до сих пор все попытки создать вещество-тераностик на основе альбумина сталкивались с одной серьезной проблемой: если в нормальном состоянии белок может неделями циркулировать в крови, то после присоединения к нему других молекул меняется его конформация, и он быстро удаляется клетками печени. Исследователям удалось создать такую модификацию альбумина, которая практически не приводит к изменениям его функций и позволяет тераностику на основе альбумина циркулировать в организме продолжительное время.
«Другой задачей было внедрение в препарат элементов, дающих возможность визуализировать опухоль и отследить распределение лекарства в организме. Мы остановили выбор на двух методах: оптической томографии и магнитно-резонансной томографии на ядрах атомов природного изотопа фтора. Оптическая визуализация обладает высокой чувствительностью, а также позволяет лучше видеть границу между здоровой и раковой тканями. МРТ-визуализация позволяет следить непосредственно за накоплением и метаболизмом химиотерапевтического агента и борсодержащего препарата, который является источником альфа-частиц после облучения нейтронами», — добавляет Татьяна Годовикова.
Новосибирские ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского государственного университета, совместно с коллегами из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН разработали и провели испытания уникального тераностика для бор-нейтронозахватной терапии. Сначала авторы присоединяли к тиогруппам альбумина флуоресцентный краситель. По его свечению они отслеживали, как вещество проникает в клетки. Также к белковой основе присоединили молекулы производных теноилтрифторацетона: он обладает противоопухолевым эффектом, а еще его атомы фтора можно отслеживать методами томографии прямо в организме пациента. Наконец, финальным компонентом конъюгата стал борсодержащий остаток, послуживший источником альфа-частиц после облучения нейтронами.
«Настоящая работа — яркий пример применения тераностиков при лечении рака: одновременное отслеживание опухолевых клеток и их уничтожение. Эксперименты на культуре глиобластомы показали эффективность как проникновения в клетки, так и снижение их выживаемости после облучения почти на два порядка. Проведенные в этом году испытания на лабораторных животных продемонстрировали заметное уменьшение размера опухоли мышей после сеанса БНЗТ», — подводит итог руководитель проекта Владимир Сильников, доктор химических наук, заведующий лабораторией Органического синтеза ИХБФМ СО РАН.
