Ученые впервые добавили к L-аспарагиназе — препарату, использующемуся при лечении рака крови, — положительно заряженные полимеры и включили ее в липидные частицы — липосомы. Такая модификация более чем в два раза увеличила время высвобождения препарата, что потенциально уменьшит частоту его приема пациентами. Кроме того, измененная L-аспарагиназа в составе липосом оказалась почти в восемь раз более эффективной в плане воздействия на раковые клетки. Таким образом, разработанный подход потенциально сделает методы лечения рака крови более действенными и безопасными для человека. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Macromol.
L-аспарагиназа широко используется в химиотерапии при остром лимфобластном лейкозе — наиболее распространенном виде рака у детей, при котором в крови повышается концентрация предшественников лимфоцитов. В раковых клетках L-аспарагиназа расщепляет аминокислоту аспарагин, которую эти клетки, в отличие от здоровых, не могут синтезировать самостоятельно. В результате они становятся очень чувствительны к дефициту аминокислоты, что приводит к подавлению синтеза белка и гибели раковых клеток.
Однако, согласно наблюдениям, в течение 5–25 дней после приема препарата активность L-аспарагиназы в крови пациентов снижается более чем в 50 раз. Из-за этого больным нужно часто вводить препарат, что повышает риск развития иммунных реакций в ответ на чужеродный белок в организме человека. Устранить эти проблемы можно за счет использования липосом — липидных частиц, внутрь которых включена L-аспарагиназа. Стенки липосомы защищают препарат от ферментов и иммунной системы человека. Это позволяет продлить время нахождения препарата в крови, а также снизить риск развития иммунных реакций. Однако данных об эффективности L-аспарагиназы, помещенной в липосомы, еще недостаточно.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Научного центра инновационных лекарственных средств (Волгоград) повысили эффективность действия L-аспарагиназы на раковые клетки за счет включения фермента в липосомы.
Для этого авторы присоединили к препарату положительно заряженные полиамины — полимеры, состоящие из аминов (молекул с азот-водородными группами), которые стабилизируют фермент и позволяют увеличить эффективность взаимодействия L-аспарагиназы с отрицательно заряженными молекулами липосом. В результате полиамины повысили наполнение липосом L-аспарагиназой и таким образом на 35–40% увеличили в них концентрацию препарата. При этом с помощью спектроскопии кругового дихроизма — метода, позволяющего в режиме реального времени оценить активность фермента, — ученые показали, что ни присоединение полиаминов, ни включение препарата в липосомы не снизили его активность.
Чтобы оценить длительность действия разрабатываемых липосомальных частиц, исследователи определили скорость, с которой L-аспарагиназа высвобождалась из липосом с использованием модельной системы, имитирующей клеточные мембраны. Оказалось, что высвобождение препарата, включенного в липосомы, происходило в 2–3 раза медленнее по сравнению с немодифицированной L-аспарагиназой. Более продолжительное высвобождение L-аспарагиназы позволит повысить ее терапевтическую эффективность и уменьшит частоту приема лекарств.
Ученые также определили эффективность воздействия препарата на раковые клетки. Для этого авторы в течение трех суток воздействовали на клеточную линию лимфомы липосомальными препаратами, содержащими L-аспарагиназу, а затем оценивали жизнеспособность клеток. Оказалось, что липосомы с модифицированным ферментом почти в восемь раз эффективнее уничтожают раковые клетки, чем исходная L-аспарагиназа. При этом с помощью сканирующей флуоресцентной микроскопии исследователи убедились, что усиленная цитотоксическая эффективность фермента в отношении раковых клеток была связана с увеличением количества препарата в клетках за счет его модификации и включения в липосомы.
«Присоединение полиаминов к L-аспарагиназе и включение ее в липосомы не только повысили эффективность и стабильность фермента, но и принципиально улучшили механизм его действия за счет избирательного включения в раковые клетки. Разработанный препарат потенциально улучшит клинические результаты лечения острого лимфобластного лейкоза и других чувствительных к терапии злокачественных новообразований. В дальнейшем мы планируем разработать липосомы с молекулярными фрагментами, специфически взаимодействующими с раковыми клетками. Такие метки позволят адресно доставлять препарат к опухолям. Мы хотим с помощью искусственного интеллекта оптимизировать их набор, а также состав липосом в целом», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Кудряшова, доктор химических наук, профессор кафедры химической энзимологии химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
