Искусственные липидные мембраны ускорят разработку противораковых препаратов

Московские ученые предложили новый метод для оценки эффективности фотосенсибилизаторов — соединений, разрушающих мембраны раковых клеток под действием света. Исследователи измеряли поверхностное давление, которое возникает в «плавающих» на поверхности воды монослоях липидов, содержащих разные фотосенсибилизаторы.

Под действием света такие модельные слои разрушались, и давление в них снижалось на 7,5–50%. При этом лучший результат (50%) показали положительно заряженные фотосенсибилизаторы. Разработанная методика позволит быстро оценивать активность фотосенсибилизаторов и, следовательно, ускорит тестирование потенциальных противораковых препаратов, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Для борьбы с раком в последние годы активно используется фотодинамическая терапия — подход, при котором врачи вводят в кровь пациенту вещества-фотосенсибилизаторы. Когда эти молекулы достигают опухоли, их освещают светом с определенной длиной волны. Фотосенсибилизаторы поглощают свет и передают его энергию на кислород, растворенный в воде. В результате образуются активные формы кислорода, разрушающие мембраны, белки и генетический материал клеток.

Врачи облучают только опухоли, поэтому фотосенсибилизаторы действуют исключительно на раковые клетки. Фотодинамическая терапия нетоксична для здоровых тканей организма, однако для ее широкого применения в клинической практике необходимо разрабатывать высокоэффективные фотосенсибилизаторы. Создание лекарственных препаратов требует новой методики, позволяющей быстро тестировать их активность. 

Ученые из МИРЭА — Российского технологического университета и Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН предложили новый способ, позволяющий быстро оценивать эффективность фотосенсибилизаторов. В работе авторы использовали шесть фотосенсибилизаторов на основе хлоринов — производных хлорофилла, уже использующихся в медицине. Тестируемые вещества отличались боковыми химическими группами — они были положительно или отрицательно заряжены, либо нейтральны.

Фотосенсибилизаторы смешали с липидом POPC — молекулой, которая содержится в оболочках живых клеток и используется в экспериментах для создания искусственных мембран. Из полученной смеси исследователи сформировали на поверхности воды однослойные липидные пленки — модельные мембраны, содержащие фотосенсибилизаторы. 

Авторы определили поверхностное давление, которое возникает в монослойных пленках липидов на поверхности воды, и проследили, как оно меняется после облучения светом. Предложенная методика имитирует «поведение» фотосенсибилизаторов в раковых опухолях. Так, из кровотока фотосенсибилизаторы попадают в клетки, встраиваются в мембраны и под действием света выделяют активные формы кислорода, повреждающие липидные слои. 

За 15 минут эксперимента давление в монослойных липидных пленках снизилось на 7,5–50%, что говорило об их разрушении. При этом слои с разными фотосенсибилизаторами распадались под действием света с разной скоростью. Так, модельные мембраны с положительно заряженным соединением разрушались в 3,3 раза быстрее, чем нейтральные, и в 6,6 раз быстрее, чем отрицательно заряженные. То есть фотосенсибилизаторы с положительными группами оказались самыми эффективными. Таким образом, разработанная методика позволила не только установить эффективность этих противораковых соединений, но и сравнить их между собой.

«Разработанный метод позволит снизить финансовые и временные затраты на биологические исследования инновационных противоопухолевых препаратов, в частности, активируемых светом. В целом, наша работа даст возможность ускорить поиск препаратов для терапии социально значимых заболеваний. Это в конечном итоге сделает лекарства доступнее, а методы лечения более эффективными», — рассказал руководитель проекта Петр Островерхов, кандидат химических наук, преподаватель и научный сотрудник МИРЭА — Российского технологического университета.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology.