В ИТМО разработали технологию, которая сделает таргетную терапию онкологических заболеваний более точной, эффективной и безопасной для человека. Ученые ИТМО создали ДНК-конструкции на основе антисмысловых олигонуклеотидов, которые различают концентрацию онкомаркеров в клетках.
Благодаря этому ДНК-конструкции активируются только в онкологических клетках с высоким количеством онкомаркеров и затем расщепляют РНК генов, ответственных за жизнеспособность клетки. Здоровые клетки, даже если в них есть несколько копий онкомаркеров, остаются нетронутыми. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Communications.
Чтобы лечить онкологические заболевания, ученые разрабатывают различные противоопухолевые агенты, например, антисмысловые олигонуклеотиды. Это короткие цепочки ДНК, которые связывают матричную РНК (мРНК) и разрушают её с помощью белка РНКазы Н. Ученые ИТМО объединили это соединение и создали бинарный антисмысловой олигонуклеотид. Он состоит из двух цепочек олигонуклеотида (короткого фрагмента ДНК, синтезированного химически). Одна часть каждой цепочки находит молекулу РНК онкомаркера, а другая — связывается с матричной РНК гена домашнего хозяйства, который поддерживает жизнедеятельность онкоклеток, и расщепляет её. Эта технология убивает только онкоклетки и оставляет нетронутыми здоровые клетки, если в них нет онкомаркеров.
Но даже здоровые клетки могут содержать несколько онкомаркеров в низкой концентрации. Например, miR17-5p считается онкомаркером, так как участвует в развитии рака легких, молочной железы, шейки матки, поджелудочной железы и колоректального рака, но только если сверхэкспрессируется — существует в огромном количестве копий в клетке. В низких концентрациях онкомаркер miR17-5p регулирует различные биологические процессы. Но бинарный антисмысловой олигонуклеотид всё равно может использовать его в качестве активатора для запуска клеточной гибели и расщепить жизненно важные гены домашнего хозяйства как в раковых, так и в здоровых клетках.
Чтобы повысить избирательность антисмысловых олигонуклеотидов и научить их расщеплять целевую мРНК нужных генов именно в онкологических клетках, ученые лаборатории «Нанотехнологии нуклеиновых кислот» ИТМО первыми в мире разработали ДНК-конструкцию на основе бинарного антисмыслового олигонуклеотида с пороговой функцией. Такая конструкция точно определяет концентрацию онкомаркеров и расщепляет целевую матричную РНК гена только тогда, когда концентрация превышена. Эта разработка позволит сделать противоопухолевую терапию более точной и безопасной, так как здоровые клетки останутся нетронутыми.
Исследования также показали, что ДНК-конструкция с пороговой функцией может отличать близкородственные онкомаркеры.
«Например, существуют две похожие микроРНК: miR-17a-5p и miR-20. Первая при сверхэкспрессии в онкогенезе может вызвать рак печени, желудка или колоректальный рак, а вторая играет роль в регуляции пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток. Однако её также можно рассмотреть в качестве онкомаркера. Но отличаются эти онкомаркеры всего двумя нуклеотидами. Если ДНК-конструкция по ошибке выберет в качестве активатора не то соединение, произойдет запуск терапии в нормальной клетке, что отрицательно скажется на организме. Мы научили наши соединения различать похожие последовательности и использовать в качестве активатора только те, которые нам нужны», — рассказал Ахмед Мустафа, первый автор статьи, аспирант химико-биологического кластера ИТМО.
С помощью разработки ученых ИТМО можно сделать таргетную терапию не только более безопасной и точной, но и персонализированной. Все виды рака имеют свои онкомаркеры и жизненно важные гены домашнего хозяйства. Поэтому специалистам важно исследовать клетки конкретного пациента и подобрать для него специальную ДНК-конструкцию, которая будет специфично и эффективно бороться с его онкологическим заболеванием.
«Мы испытали нашу ДНК-конструкцию в лабораторных условиях in vitro и далее планируем проверить её в клеточных культурах. Для этого мы разработаем химическую модификацию для ДНК-конструкции, чтобы защитить её от нуклеаз — ферментов, расщепляющих чужеродные нуклеиновые кислоты внутри клеток. В перспективе наша разработка станет частью ДНК-наноробота, который будет сочетать функции доставки, сенсоринга, анализа данных и терапии. Соединение будет избирательно реагировать на РНК, связанную с раком, и активировать апоптоз (регулируемый процесс гибели опухолевых клеток)», — подчеркивает Ахмед Эльдиб, один из авторов исследования, руководитель лаборатории «Нанотехнологии нуклеиновых кислот».
Исследование поддержано программой развития ИТМО «Приоритет 2030».