Российские исследователи разработали комбинированный подход для выявления участков связывания белков с лекарственными средствами, применяемыми при лечении рака. Эта технология предназначена для фототерапии — метода, при котором опухоли обрабатываются светочувствительными веществами и воздействуют излучением заданной длины волны. Новый способ позволяет выбирать препараты, которые эффективнее транспортируются по организму и сильнее концентрируются в раковых клетках. Специалисты считают, что эта методика окажется востребованной на практике и ускорит, а также сделает более управляемым процесс создания лекарств. В будущем это поспособствует быстрому появлению более результативных и безопасных препаратов.

Что представляет собой фотодинамическая терапия рака

Специалисты Новосибирского государственного университета, Международного томографического центра СО РАН и РТУ МИРЭА создали метод, позволяющий максимально эффективно выбирать препарат во время фотодинамической онкотерапии. Данный способ основан на применении светочувствительных веществ (фотосенсибилизаторов) и источника света определенной длины волны. Его используют, в частности, при лечении злокачественных опухолей и предраковых состояний, сообщили в пресс-службе Минобрнауки.

Когда препараты попадают в организм, они в первую очередь взаимодействуют с белками крови. Эффективность конкретного лекарства зависит от того, насколько оно связывается с сывороточным альбумином — белком, выполняющим функцию транспорта веществ и находящимся в плазме крови. Слишком сильное связывание ведет к снижению концентрации лекарства в крови, а при слабой связи препарат может распределяться неравномерно или разрушиться, не достигнув цели.

— Для создания эффективного препарата и контроля его связывания с транспортным белком необходимо знать, в какую область прикрепятся его молекулы. Обнаружение таких участков даст понимание механизма действия лекарства, позволит прогнозировать побочные эффекты и выявить причины резистентности у некоторых пациентов, — объяснил в интервью «Известиям» младший научный сотрудник лаборатории электронного парамагнитного резонанса Международного томографического центра Михаил Колоколов.

Ученые предложили комбинированный метод, который позволяет измерять расстояния между элементами комплекса и использовать эти данные для определения его структуры. В отличие от прежних методик, дающих средние показатели, их подход достигает атомарной точности в измерении распределения расстояний между сайтами связывания, «видит» все возможные конформации — пространственные расположения атомов в молекуле определенной конфигурации — и определяет места взаимодействия малых молекул вещества с белком.

— В нашем методе мы измеряем расстояния внутри комплекса с помощью спиновых меток. Специальная малая молекула с неспаренным спином вводится в известный участок белка. После связывания с лекарственным средством можно определить расстояния между спиновой меткой и молекулами препарата, — пояснил Михаил Колоколов.

В разработанном подходе ученые объединили методы молекулярного моделирования с экспериментальными данными, полученными посредством электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), который помогает определить структуру соединений, анализируя, как они поглощают микроволновое излучение.

Авторы метода проверили его, исследуя взаимодействие альбумина с фотосенсибилизаторами.

Справка «Известий»

Фотосенсибилизаторы — природные или синтетические соединения, применяемые в медицине, в частности в фотодинамической терапии (ФДТ). Они накапливаются в патологических клетках и активируются при облучении светом, вызывая гибель пораженных клеток.

Разработка противораковых препаратов

Разработанный подход показал, что связывание происходит в нестандартных зонах альбумина и в нескольких сайтах одновременно для разных типов веществ.

— Все эксперименты продемонстрировали с атомарной точностью, где происходит связывание молекул с альбумином, что является новой информацией в области создания фотосенсибилизаторов. Наш комбинированный метод сделает анализ противораковых соединений гораздо точнее, а разработку лекарств для онкотерапии — более простой и быстрой. Следующим шагом будет изучение связывания фотосенсибилизаторов с молекулами ДНК, — рассказал Михаил Колоколов.

Сочетание компьютерного моделирования и данных электронного парамагнитного резонанса позволило ученым существенно сократить объем трудных вычислений и экспериментов, упростив определение взаимодействия между альбумином и фотосенсибилизаторами. Работа способствует прогнозированию наиболее перспективных соединений для фотодинамической терапии рака.

Метод визуализации связывания лекарств с альбумином открывает новый этап в проектировании противоопухолевых препаратов. Он дает возможность создавать молекулы целенаправленно, обеспечивая их оптимальное распределение в организме и снижая побочные эффекты, отметил директор по стратегическому маркетингу и развитию портфеля продуктов компании «Р-Фарм» Андрей Бурков.

— Внедрение этого теста в стандартный доклинический скрининг станет дополнительным этапом контроля, уменьшающим риски в исследованиях с участием пациентов и добровольцев. Это делает процесс разработки более предсказуемым, быстрым и управляемым, что в целом ускорит появление новых более эффективных и безопасных средств, — отметил эксперт в интервью «Известиям».

Методика, позволяющая точно определять взаимодействие фотосенсибилизаторов с белками организма, была выделена молекулярным биологом Ариной Холькиной.

— Фотосенсибилизаторы концентрируются в опухолевых клетках и при облучении светом уничтожают их, не затрагивая здоровую ткань. Эффективность терапии зависит от того, насколько хорошо эти вещества связываются с белками крови и достигают опухоли. Наш комбинированный метод, соединяющий данные ЭПР-спектроскопии и компьютерного моделирования, позволяет с высокой точностью выявлять такие места связывания. Это помогает быстрее подбирать фотосенсибилизаторы, которые лучше распределяются в организме и сильнее накапливаются в раковых клетках, — рассказала она.

По ее мнению, разработка делает процесс поиска и создания препаратов для ФДТ более точным, эффективным и безопасным, открывая новые возможности для совершенствования методов таргетной терапии рака.

Результаты исследований опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.