Красноярские ученые создают аптамеры — «умные» молекулы для точечной борьбы с болезнями и быстрой диагностики. Они дешевле и универсальнее антител. Эти технологии могут стать основой для нового научного кампуса в Академгородке. Как это работает — в нашем материале.
Точечный удар по болезни
Аптамеры — это синтетические молекулы, которые можно «научить» избирательно связываться с любыми биологическими мишенями: от вирусов до раковых клеток. Они могут буквально находить опухоль по биомолекулярному «запаху». К аптамеру можно легко прикрепить флуоресцентную метку, лекарство или наночастицу, превратив его в универсальный инструмент для медицины.
Когда аптамер находит свою цель, он либо высвобождает лекарство прямо в пораженную клетку, либо остается на ее поверхности, позволяя активировать терапию внешним воздействием — например, магнитным полем. Это позволяет избежать повреждения здоровых тканей, резко снизить побочные эффекты по сравнению с традиционной химиотерапией и преодолеть устойчивость опухоли к лечению.
Феликс Томилин, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.
По словам доктора физико-математических наук, старшего научного сотрудника Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Феликса Томилина, аптамерные системы доставки позволяют преодолеть главные ограничения современной фармакотерапии: уменьшить дозу препарата, снизить частоту побочных реакций и повысить эффективность лечения. Особенно это перспективно в онкологии.
«Например, классический химиопрепарат цисплатин вызывает серьёзные побочные эффекты. Но если поместить его в „контейнер“ с аптамером, нацеленным на опухоль, дозу можно снизить в 15–20 раз, а токсичность — минимизировать», — уточняет ученый.
Наноскальпель для хирурга
Применение аптамерам нашли и в хирургии, например, в сложных операциях на мозге. Клетки одного из самого агрессивного типа опухолей, глиобластомы, глубоко прорастают в здоровые ткани, образуя невидимые «щупальца», из-за чего хирургу трудно увидеть четкие границы новообразования.
Для таких операций в Красноярске разработали аптамеры, несущие флуоресцентную метку. Их наносят на ткани мозга, после чего аптамеры связываются с опухолью. При подсветке специальным лазером раковые клетки начинают светиться, и хирург видит их четкие границы, что позволяет удалить пораженные участки, не повредив здоровые.
Микрофлюидный чип для фиксации опухолевых клеток, проходящих через чип
Но даже после этого могут остаться единичные злокачественные клетки. Для борьбы с ними ученые создали «наноскальпель» — магнитные нанодиски. Те же аптамеры, как проводники, подводят их к остаткам опухоли. При включении переменного магнитного поля нанодиски начинают вибрировать, как микроскопические лезвия, механически разрушая раковые клетки. Такой подход позволяет добраться до «невидимых» остатков опухоли и снижает риск рецидива.
Диагностика за полчаса
Аптамеры могут произвести революцию в диагностике. Сейчас для выявления рака или инфекций требуются сложные анализы и дорогостоящее оборудование. Аптамеры позволяют заменить их дешевыми и компактными тест-системами.
В Красноярске уже разработан чип на основе аптамеров, который способен всего за 30 минут выявить в капле крови циркулирующие опухолевые клетки. Это помогает врачам отслеживать состояние пациента и вовремя корректировать лечение. Такие чипы не только быстрые, но и экономичные: их можно использовать многократно, а стоимость производства значительно ниже, чем у современных аналогов.
Кроме того, аптамерные маркеры намного точнее тех, что используются сегодня, например, при ПЭТ-сканировании. Традиционные маркеры (фтордезоксиглюкоза) накапливается не только в опухолях, но и в здоровых активных тканях (мозге, мышцах), что снижает точность диагностики. Аптамеры же действуют прицельно, обеспечивая четкую визуализацию даже микроскопических метастазов.
«Будучи синтетическими аналогами ДНК, аптамеры биосовместимы и легко выводятся из организма. Это делает их идеальными кандидатами не только для диагностики, но и для терапевтического применения, например, в качестве ингибиторов тромбообразования, где они точечно блокируют ключевые этапы биохимических реакций, приводящих к свертыванию крови. Аптамеры могут стать ключевым инструментом в медицине, биотехнологиях, фармацевтике», — отмечает Феликс Томилин.
Путь в клиники
Аптамеры уже доказали свою эффективность в лабораторных условиях: они работают на мышах и кроликах, помогают хирургам и ускоряют диагностику. Но между успехом в лаборатории и реальной медициной стоит барьер — внедрение. Как отмечает Феликс Томилин, технологии готовы к выходу в клиники, но для этого нужны производственные мощности, согласования с регуляторами и сотрудничество с медицинскими центрами.
Создание нового научно-производственного кампуса в Красноярске как раз и призвано решить эту задачу — построить мост между наукой и практикой. Без поддержки на федеральном уровне прорывные разработки рискуют остаться в стенах институтов или уйти за рубеж, где спрос на такие технологии уже сформирован.
Если этот барьер удастся преодолеть, то «умные молекулы», созданные в Красноярске, в ближайшем будущем смогут стать привычным инструментом в больницах по всей стране, спасая тысячи жизней.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий, фото предоставлено КНЦ СО РАН.