Ученые создали вещество, точно определяющее границы опухоли в мозге

Инновационное вещество на основе аптамеров для точного определения в процессе операции места расположения опухолевых клеток в мозге и их визуализации разработали в одной команде с коллегами из других городов России красноярские ученые, 24 октября сообщает издание «Городские новости».

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили высокие характеристики визуализации глиом в головном мозге с помощью нового контрастного агента. Обеспечивая контрастность и яркость изображения, новое вещество позволяет хирургу в ходе операции отличить опухолевые ткани от здоровых участков мозга.

Результаты исследования ученые представили в статье «Визуализация опухолей головного мозга с помощью аптамеров, меченных инфракрасным излучением, для флуоресцентной хирургии» (Visualization of Brain Tumors with Infrared-Labeled Aptamers for Fluorescence-Guided Surgery), опубликованной в Journal of the American Chemical Society.

В исследовании приняли участие специалисты из Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН, Красноярского государственного медицинского университета (КрасГМУ) им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого, ООО Аптамерлаб, Федерального Сибирского научно-клинического центра Федерального медико-биологического агентства, Томского государственного университета и Национального научного центра морской биологии им. А. В. Жирмунского.

Фарм компания Р-ФАРМ заинтересовалась данной разработкой. И уже подписала соглашение о намерениях по продвижению препарата в клиническую практику.

Глиома представляет собой злокачественную опухоль мозга, которая может распространяться в окружающие здоровые ткани. Это затрудняет определение ее границ и делает практически невозможным полное удаление глиомы хирургическим путем, при том что именно ее резекция является решающим этапом терапии этой опухоли.

Поскольку лишь полное по возможности удаление всех раковых клеток, рассеянных в здоровой ткани, может повысить выживаемость пациентов и минимизировать риск рецидива опухоли, то очень важно во время операции точно определить ее границы.

Этому помогают специальные препараты, предназначенные для точного определения места нахождения опухолевых клеток и их визуализации в режиме реальном времени. Однако многие из них обладают такими недостатками, как ошибочное окрашивание воспаленных или отечных областей, напоминающих опухоль, но ею не являющихся, а также неполное подсвечивание опухолевых тканей в случае, когда доступ к ним этого препарата затруднен.

Поэтому команда российских ученых разработала новый контрастный агент. Его основой стали меченные инфракрасным красителем аптамеры. Он позволяет точно определять места распространения опухолевых клеток.

Существующие в настоящее время контрастные агенты для интраоперационной диагностики глиальных опухолей, создаваемые на основе антител и пептидов, практически недоступны для хирургов-практиков, а неспецифические к глиомам красители — аласенс или индоцианин зеленый, используются мало.

При этом контрастные агенты на основе антител, которые производятся на культурах клеток млекопитающих, сложно получать в больших масштабах. Кроме того, они требуют строгой очистки в соответствии с надлежащей производственной практикой. А поскольку антитела разработаны на животных клетках, их необходимо специально подготовить для введения в организм человека. Также они имеют короткий срок хранения и их чрезвычайно сложно модифицировать.

Достаточно большие размеры терапевтических антител не позволяют им глубоко проникать в ткани — лишь одно антитело из 100 достигает своей цели в организме, поэтому их дозу увеличивают, что приводит к множеству нежелательных побочных реакций в организме.

Учеными как альтернатива была предложена замена антител их искусственными аналогами — аптамерами, которые представляют собой небольшие одноцепочечные молекулы ДНК или РНК и их часто называют «синтетическими антителами». Обладая высокой специфичностью к целевым клеткам, аптамеры при этом просты в производстве и легко модифицируются.

Соответственно, стоимость синтеза аптамеров в 1000 раз ниже, чем производство антител. Они малоиммуногенны, малотоксичны, а их небольшой размер обеспечивает и лучшее проникновение в ткани, и быстрое выведение из организма. Но главным их преимуществом является адресная доставка.

Красноярские ученые для нового контрастного агента разработали аптамеры, специфичные именно к глиальным опухолевым клеткам, а с помощью ранее разработанного ими же метода уменьшили их длину с 60 до 47 нуклеотидов. Такой размер улучшает связывание молекулы с опухолевой клеткой-мишенью и уменьшает стоимость синтеза полученных аптамеров для промышленного производства.

Чтобы получить из аптамеров контрастный агент, ученые, кроме увеличения их специфичности, ввели в их формулу инфракрасную метку и назвали новый агент IR-Glint. Он способен «прикрепляться» к клеткам опухоли мозга, подсвечивая их и делая видимыми границы опухоли.

Возможности нового контрастного агента для визуализации глиом были подтверждены экспериментами на лабораторных животных. Они показали, что агент демонстрирует высокую степень связывания с глиальными опухолевыми клетками и низкую — со здоровыми.

Такая высокая избирательность к опухолевым тканям и практическое отсутствие фоновой флуоресценции обеспечивают контрастность и яркость изображения, что позволяет хирургу в ходе операции отличить опухолевые ткани от здоровых участков мозга. Кроме того, препарат не показал острого токсического воздействия на организм мышей.

Агент можно вводить как внутривенно, так и на поверхность мозга, обеспечивая при этом четкую визуализацию опухоли. В последнем случае требуемую дозировку лекарства можно снизить, что смягчит возможное побочное воздействие на пациента и уменьшит затраты на операцию. Полный вывод препарата из организма происходит за 24 часа.

Заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики КНЦ СО РАН, руководитель лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ, доктор биологических наук Анна Кичкайло рассказала о проведенной работе:

«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».

Она отметила, в отличие от разработанного ими, другие широко используемые в хирургической практике препараты накапливаются в зонах отека и поврежденных сосудов, приводя к ложноположительным и ложноотрицательным результатам.

«Несомненно, — заявила Анна Кичкайло, — исследования будут продолжены, углубляясь в свойства и механизмы действия IR-Glint с целью его дальнейшей интеграции в клиническую практику и обеспечения того, чтобы пациенты могли воспользоваться преимуществами научных знаний и достижений».

В настоящее время препарат проходит доклинические испытания.