Такси для альфа-частицы

Галина Костина
7 июля 2003, 00:00

Российские ученые разработали уникальный метод доставки лекарственных препаратов в ядро клетки. Это позволит эффективнее лечить рак

- Представьте, что плохой охотник пытается убить кабана. Он может сделать несколько выстрелов, возможно, часть из них результативна. Если он попадет в ногу, кабан может с таким ранением удрать. Плохому охотнику нужно несколько раз попасть куда-нибудь, чтобы кабан свалился. Хорошему достаточно одной пули - в сердце, чтобы животное сразу упало замертво, - руководитель группы разработчиков технологии внутриклеточной доставки локально действующих лекарств Института биологии гена РАН профессор Александр Соболев пытается разъяснить идею созданного им и коллегами метода с помощью аналогии, чтобы сразу не пугать терминами. - Раковые клетки - такая же мишень для лекарства, как кабан для охотника.

Есть несколько препаратов, с помощью которых воздействуют на раковые клетки. В частности, фотосенсибилизаторы, генерирующие под действием света активные формы кислорода, убивающие клетки, и альфа-эмиттеры (один из видов радиоизотопов), уничтожающие клетки альфа-частицами. Эти препараты относятся к группе так называемых локально действующих лекарств, и для них наиболее чувствительной мишенью в клетке является ее ядро. Но все дело в том, что "пробег", к примеру, активных форм кислорода составляет всего 10-20 нанометров, а клетка - это в среднем 10 микрон, или 10 тысяч нанометров, так что убийственному средству до ядра добраться проблематично. Альфа-эмиттер может действовать на расстоянии 60-70 микрон, то есть примерно двух клеток, но он может выстрелить альфа-частицу куда угодно - не обязательно попадая в ядро или даже в нужную клетку.

"Проблема в том, что большинство используемых сейчас лекарственных препаратов действуют как на больные, так и на здоровые клетки, то есть они не избирательны. Мы в шутку называем это 'ковровым бомбометанием', - говорит Александр Соболев. - Но ни для кого не секрет, что мы все чаще сталкиваемся с побочными эффектами от подобных 'бомбардировок'. Достаточно только просмотреть статьи в ведущих специализированных изданиях, чтобы увидеть весьма красноречивые цифры. Количество пациентов, попадающих в клиники в результате побочных эффектов действия лекарственных средств, в разных странах колеблется от 15 до 21 процента от общего количества пациентов. В Европе страховые компании оценили потери от этих 'опосредованных заболеваний' в 2800 евро на человека в год".

Помимо побочных эффектов, приводящих к болезням и даже смерти, немаловажным оказывается и фактор цены препаратов, которые приходится скармливать больному организму в больших количествах, дабы не умением, а числом пытаться победить болезнь. Поэтому тенденция фармакологии ХХI века - использование очень специфичных, избирательных лекарственных средств. Многие ученые пытались так смастерить лекарственные препараты, чтобы они сами добирались до ядра: в частности, различных фотосенсибилизаторов насинтезировали тысячи, но поставленной цели так и не добились. Альтернативным вариантом решения задачи могло бы стать создание некоего транспортного средства для точной, адресной доставки лекарств. Что, собственно, и удалось осуществить группе Соболева, разработавшей специальную макромолекулу-транспортер.

Опыты, которые ставила группа Соболева на раковых клетках, показали, что эффективность лекарственного вещества, которое доставляется макромолекулой-транспортером в ядро, при различных типах рака может возрастать в 250-1000 раз, а это значит, что во столько же раз можно снизить дозу препарата, чтобы вызвать нужный эффект. И эти результаты были подтверждены Институтом рака в Онтарио (Канада) и Лейденским католическим университетом (Бельгия).

Молекулярный конструктор

Поиск путей использования молекулярного транспорта начался в восьмидесятые годы, после того как ученые активно стали заниматься генной инженерией. Возникла идея бороться с его помощью с наследственными заболеваниями (по разным оценкам, примерно 40% населения Земли являются носителями наследственных дефектов). Требовалось доставить ДНК "верхом" на молекуле-транспортере в дефектную клетку, чтобы там начался синтез нормальных молекул.

Группа Соболева также была озабочена решением этой задачи. И выполнила ее успешно. Правда, первым в 1987 году обнародовал свои результаты американец Джордж Ву. Соболев со товарищи - годом позже. Но подход группы российских ученых существенно отличался от американского - транспортер Ву проникал в самые разные части клетки, соболевская же конструкция предполагала адресную доставку: ДНК транспортировалась непосредственно в ядро, где она, собственно, и должна действовать.

Впрочем, российские ученые не стали развивать идею с транспортировкой ДНК дальше, завершив исследования на уровне испытаний на сельскохозяйственных животных (овцах). Причин тому было несколько. Во-первых, внутриклеточная доставка ДНК стала зоной жесткой конкуренции - ею стали заниматься многие. Во-вторых, настоящий прорыв был возможен только при очень хорошем финансировании. Параллельно группа занималась еще одним направлением, на которое тогда вроде никто не посягал - внутриклеточной доставкой лекарств, причем продвигаться в нем на первых порах можно было и при скромном бюджете. На нем-то и решили сосредоточиться.

"Раковые клетки имеют дурную манеру безудержно размножаться, - говорит Соболев. - Убить все раковые клетки до единой и ни одной не оставить для потомства - это убедительно, это можно объяснить инвестору". Было ясно, что высокую специфичность (попадание в конкретное место) могут обеспечить только высокомолекулярные соединения, имеющие сложную структуру. Основная же масса нынешних лекарственных средств - это низкомолекулярные соединения. То есть кроме необходимого для доставки низкомолекулярного лекарственного препарата в структуре этой макромолекулы должны быть еще и такие элементы, которые позволили бы доставить ее сначала в саму клетку, а потом в ее ядро. Последнее стало возможным после открытия адресной системы распределения в клетке вновь образованных белков, сделанного Гансом Блобелем, получившим за это открытие Нобелевскую премию. Суть открытия состояла в том, что в момент синтеза белка одновременно синтезируется и последовательность аминокислот, несущая информацию о том, куда следует этот белок направить.

Использование механизма адресной доставки внутри клетки и стало изюминкой соболевской конструкции молекулы-транспортера, отличавшей ее от прочих подходов.

Конструкция транспортера состоит из четырех функциональных модулей: лиганда, эндосомолитического модуля, сигнала внутриядерной локализации и собственно носителя лекарства.

На первом этапе работает лиганд - модуль, обеспечивающий обнаружение больной клетки (например, раковой), ее "молекулярное узнавание". Он же отвечает и за поглощение всей конструкции клеткой. Второй модуль разрывает эндосому - "пузырь", образующийся вокруг транспортера при его втягивании внутрь клетки. Далее в игру вступает третий модуль, который позволяет транспортеру проникнуть через поры ядерной мембраны. И наконец, четвертый модуль, несущий лекарство, позволяет ему приступить к выполнению основной задачи - уничтожению ядра. Модули молекулы-транспортера могут меняться в зависимости от типа рака, его локализации и использования того или иного лекарственного средства.

Откуда брались модули макромолекулы-транспортера? Один из используемых лигандов был взят из человеческого гормона, обладающего высоким сродством к рецепторам соответствующей клетки-мишени, эндосомолитический модуль - из дифтерийного токсина, сигнал внутриядерной доставки - из белка обезьяньего вируса, носитель лекарства - из части гемоглобиноподобного белка кишечной палочки. Далее надо было с помощью генно-инженерного метода создать единую работоспособную конструкцию. "Из нескольких генов или их частей, которые кодируют синтез необходимых нам модулей, мы создали один химерный ген, который внедрили в бактерию (кишечную палочку), - объясняет Александр Соболев. - Являясь матрицей, наш химерный ген обеспечивает в бактерии синтез уже целых макромолекул-транспортеров. Меняя программы модулей, мы можем получить макромолекулы-транспортеры для каждой решаемой задачи". К примеру, если для лечения какого-то заболевания нужно доставить лекарство не в ядро, а в другую органеллу клетки, то будет заменена программа сигнала внутриклеточной локализации. Или меняется программа носителя в зависимости от лекарственного средства, которое необходимо доставить.

Впрочем, Александр Соболев подчеркивает: "О вариантах и перспективах я могу рассуждать только теоретически. Пока мы разработали механизм внутриядерной доставки фотосенсибилизаторов и альфа-эмиттеров. Я не берусь сейчас рассуждать о возможностях лечения других заболеваний, это отдельная песня, но, честно говоря, если нам удастся завершить работу по созданию транспортера, позволяющего эффективнее вылечивать хотя бы несколько видов онкологических заболеваний, я и мои коллеги будем считать, что оправдали свое существование".

Уже завершены испытания технологии на отдельных клетках, начались испытания на мышах. Далее придется провести испытания, которые называются предклиническими. Они пройдут на животных в одной из специально сертифицированных лабораторий. После того как лаборатория даст положительное заключение, начнутся клинические испытания - в сертифицированных онкологических клиниках. Уже на людях. И только после положительного заключения клиник препарат можно будет сертифицировать как лекарственное средство. С этого момента его можно запускать в производство и продавать. Транспортер будет представлять собой пузырек с жидкостью, которую нужно смешивать с соответствующим лекарством перед употреблением.

Все предстоящие этапы требуют гораздо большего финансирования, чем проведенные НИОКР, к тому же необходим квалифицированный поиск потенциальных покупателей технологии. Поэтому группе разработчиков срочно требовался инвестор, способный оказать и менеджерскую помощь.

В поисках бестселлера

Год назад в составе делегации Минпромнауки, выезжавшей в Париж по приглашению министерства научных исследований Франции, встретились заместитель директора Института биологии гена РАН Николай Гнучев и менеджеры финансово-инвестиционной компании "Лидинг". Гнучев рассказал финансистам о ноу-хау Соболева. Имея определенный опыт управления биотехнологическими проектами, специалисты компании увидели, что технология может "выстрелить". "Идея понравилась сразу, - признается заместитель начальника департамента прямых инвестиций и проектного финансирования 'Лидинга' Андрей Ворфоломеев. - Во-первых, это 'прорывная' мировая технология. У нее нет аналогов. Ее уникальность и актуальность делают ее настоящим бестселлером. Во-вторых, технология имеет патенты, наши и зарубежные, защищающие как принцип построения системы доставки многомодульной молекулы, так и применение этого метода для доставки фотосенсибилизаторов в раковые клетки. Получено положительное решение о выдаче патента на систему доставки альфа-эмиттеров. В-третьих, к разработчикам проявляют интерес крупные западные компании, которые впоследствии могут выступить в качестве как коинвесторов, так и покупателей лицензий".

Сейчас "Лидинг" заканчивает предварительный анализ проекта. Затем компания планирует финансировать этап предклинических испытаний, на что может уйти два года и миллион долларов. Поскольку на этой стадии выход из проекта нецелесообразен, рассматривается вариант продолжения финансирования до завершения клинических испытаний. Впрочем, уже на этой стадии есть возможность диверсификации рисков: вместе с государственным Венчурным инновационным фондом (ВИФ) и минатомовским концерном "Техснабэкспорт" "Лидинг" создает сейчас венчурный фонд с рабочим названием "Первый национальный венчурный фонд". По нашей информации, проект внутриклеточной доставки противораковых препаратов может войти в его портфель, который, по правилам ВИФа, будет не менее 10 млн долларов. Кстати, у "Техснабэкспорта" - важнейшего экспортера продукции Минатома (в том числе он экспортирует и радиоизотопы) - может возникнуть и прямой, корпоративный интерес к проекту. Ведь для технологии внутриклеточной доставки нужны альфа-эмиттеры, которые пока импортируются Россией в качестве готового продукта.