Разработан новый препарат от рака на основе молибденовых кластеров
© ИНХ СО РАН
Учёные из Института неорганической химии СО РАН, лаборатории полиядерных координационных соединений Новосибирского государственного университета и других научно-исследовательских институтов СО РАН и СО РАМН доказали эффективность применения кластеров молибдена в фотодинамической терапии раковых заболеваний.
Новосибирские химики совместно с биологами провели исследование действия кластеров молибдена, включенных в частицы диоксида кремния, на раковые клетки карциномы гортани и впервые доказали эффективность использования этих комплексов на живых системах в фотодинамической терапии рака. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry B.
Кластеры — группы близко расположенных, тесно связанных друг с другом атомов, молекул, ионов. По своей структуре они занимают промежуточное положение между молекулой и объемным твердым телом. Металлические кластеры состоят из основы (атомы металла) и лигандов (заряженных и/или нейтральных молекул), находящихся на расстоянии друг от друга не более 0,3 нм, что допускает прямое взаимодействие металл-металл.
Шестиядерный кластер молибдена
«Под воздействием ультрафиолетового излучения кластеры молибдена, в частности, начинают светиться красным светом. Но если кластеры люминесцируют в присутствии кислорода, который находится вокруг нас в невозбужденном триплетном состоянии, то они влияют на него и он переходит в очень активную синглетную форму», – отметил научный сотрудник лаборатории синтеза кластерных соединений и материалов ИНХ СО РАН Михаил Шестопалов.
Синглетный кислород в медицинской практике используется в фотодинамической терапии рака, основанной на применении веществ, чувствительных к свету (фотосенсибилизаторов) и лазерного излучения с длиной волны, соответствующей пику поглощения фотосенсибилизатора. Новосибирские учёные решили сделать новый фотосенсибилизатор на основе кластеров молибдена.
По словам Михаила Шестопалова, в настоящее время в качестве фотосенсибилизаторов в основном используются порфирины (природные макрогетероцикличные пигменты, содержащие в молекуле цикл порфина), однако у них есть ряд недостатков, например, их, как органические соединения, трудно обнаружить в организме какими-либо другими методами, кроме люминесценции.
Так как кластеры молибдена имеют в своей основе атомы металла, они являются рентгеноконтрастными. Иными словами, препарат можно быстро обнаружить в организме после введения с помощью рентгена, после чего провести терапевтическую процедуру.
Следующим шагом в работе стала модификация шестиядерных кластеров молибдена для того, чтобы они стали биосовместимыми. В качестве матрицы-носителя для кластерных комплексов были выбраны частицы диоксида кремния.
«Диоксид кремния был выбран неслучайно. Его легко модифицировать, чтобы сделать достаточно маленькие наночастицы размером 50 нм и конъюгировать их, тесно сблизить, с антителами, относящимися к гиперэкспрессивному гену, например, HER2, которого у некоторых видов раковых клеток становится очень много. После конъюгации с антителом наночастицы пойдут непосредственно в опухоль», — поясняет Михаил Шестопалов.
Исследователи в качестве анититела к гену HER2 взяли препарат герцептин — здоровые клетки, которые не гиперэкспрессируют этот ген, практически его не накапливают, в то время как раковые клетки с гиперэкспрессией гена накапливают очень быстро.
Эффект воздействия кластера молибдена на раковые клетки до (вверху) и после (внизу) облучения
Учёные синтезировали различные кластерные комплексы с частицами разного размера, и им удалось найти оптимальную комбинацию, которая хорошо люминесцировала и генерировала синглетный кислород. После этого совместно с коллегами-биологами специалисты показали, что наночастицы проникают в опухоль (карцинома гортани), и под воздействием синглетного кислорода, который образуется под ультрафиолетовым излучением, раковые клетки умирают.
По словам ученых, в настоящий момент препарат на основе молибденовых кластеров находится на доклинической стадии испытания на животных.