Красноярские ученые совместно с коллегами создали контрастный агент на основе аптамеров для интраоперационной визуализации и точного определения места распространения опухолевых клеток мозга. Эксперименты подтвердили потенциал этого агента, который обеспечивает контрастность и яркость изображения, позволяя отличить опухолевые ткани от здоровых участков. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.
Глиома — злокачественная опухоль мозга, которая имеет инфильтративную природу, то есть проникает и распространяется в окружающие здоровые ткани, что затрудняет определение ее границ и делает невозможным полное удаление хирургическим путем. Несмотря на это, одним из решающих и важных этапов терапии глиомы остается ее резекция. Чтобы повысить показатели выживаемости пациентов и свести к минимуму рецидив опухоли, крайне важно тщательно удалить все злокачественные клетки, рассеянные в здоровой ткани. В связи с этим точное определение границ опухоли во время операции является ключевым фактором для успешной резекции. Существующие препараты для интраоперационной визуализации и точного определения локализации опухолевых клеток в реальном времени имеют ощутимые недостатки, среди которых ошибочное окрашивание воспаленных или отечных областей, похожих на новообразование, или, наоборот, неточное подсвечивание пораженных тканей из-за затрудненного доступа к ним.
Чтобы решить эти проблемы, ученые КФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого и ООО «Аптамерлаб» совместно с коллегами из Томска и Владивостока разработали новый контрастный агент на основе меченных инфракрасным красителем аптамеров для визуализации опухолей головного мозга. Его можно использовать для точного определения места распространения злокачественных клеток. Разработкой заинтересовалась фарм-компания «Р-ФАРМ», с которой подписано соглашение о намерениях по продвижению препарата в клиническую практику.
В настоящее время существуют специфические контрастные агенты на основе антител и пептидов для интраоперационной диагностики глиальных опухолей, но они имеют целый ряд недостатков. Тогда ученые предложили альтернативу: заменить антитела искусственными аналогами — аптамерами, небольшими одноцепочечными молекулами ДНК или РНК. Они обладают высокой специфичностью к целевым клеткам, но, в отличие от антител, просты в производстве, химическом синтезе и модификации. К тому же стоимость синтеза аптамеров в 1 000 раз ниже, чем получение антител, а сами молекулы малоиммуногенны, малотоксичны и обладают небольшим размером, что обеспечивает лучшее проникновение в ткани и выведение из организма. Главное их преимущество — адресная доставка.
Красноярские ученые разработали аптамеры, специфичные к глиальным опухолевым клеткам, для нового контрастного агента и с помощью ранее разработанного метода уменьшили их размер с 60 до 47 нуклеотидов. Это позволило улучшить связывание молекулы с опухолевой клеткой-мишенью и уменьшить дальнейшую стоимость синтеза полученных аптамеров. Кроме того, ученые оптимизировали их формулу для большей специфичности и снабдили инфракрасной меткой. Такой агент получил название IR-Glint. Он должен прикрепляться к клеткам опухоли мозга и подсвечивать их, обнаруживая границы новообразования.
Эксперименты, проведенные на лабораторных животных, подтвердили потенциал нового контрастного агента для визуализации глиом. Результаты показали высокую степень связывания агента с глиальными опухолевыми клетками и низкую — со здоровыми клетками. Высокая избирательность к пораженным тканям и отсутствие фоновой флуоресценции обеспечивают контрастность и яркость изображения, что позволяет отличить опухолевые ткани от здоровых участков мозга. При этом препарат не оказывает острого токсического воздействия на организм мыши и может упростить процедуру резекции опухоли для хирурга.
Весомым преимуществом разработанной системы является вариативность его применения. Агент может использоваться как для внутривенного, так и для поверхностного внутричерепного применения, обеспечивая четкую визуализацию опухоли. При этом поверхностное применение непосредственно во время операции снижает требуемую дозировку лекарства, что смягчает потенциальное побочное воздействие на пациента и снижает затраты на производство. Препарат полностью выводится из организма в течение 24 часов.
«На сегодняшний день в мире до сих пор не было контрастного агента на основе аптамеров для интраоперационной визуализации глиомы, и, хотя аптамеры привлекательны для целевой терапии, они до сих пор не использовались для окрашивания опухолей. Мы впервые разработали такой контрастный агент на основе ДНК-аптамеров, названный IR-Glint. Несомненно, исследования будут продолжены с углублением в свойства и механизмы действия IR-Glint с целью его дальнейшей интеграции в клиническую практику. Самое главное, что этот препарат заинтересовал компанию “Р-ФАРМ”, они консультировали нас на заключительных этапах разработки формулы патента и, будем надеяться, внедрят его в практику. Сейчас препарат проходит доклинические испытания», — рассказала заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководитель лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий КГМУ доктор биологических наук Анна Кичкайло.
В исследовании также принимали участие специалисты из ООО «Аптамеролаб» в рамках гранта «Сколково», Дальневосточного федерального университета, Федерального сибирского научно-клинического центра Федерального медико-биологического агентства, Томского государственного университета и Национального научного центра морской биологии им. А. В. Жирмунского ДВО РАН.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
