Вы здесь

Чем больше - тем меньше

Только большая наука способна получать эффекты из парадоксов

Можно ли создать такие препараты для лечения онкологических заболеваний, которые обладали бы сверхмощной способностью убивать опухолевые клетки и при этом были минимально токсичными? Казалось бы, ответ очевиден - невозможно, потому что второе явно противоречит первому: чем «ядернее» бомба, тем больше разрушений вокруг места взрыва. Но, оказывается, в данном случае верен неочевидный ответ - возможно.  

Разработкой именно таких препаратов занимается международный коллектив учёных - Научно-исследовательский центр «Онкотераностика», объединивший химиков, биотехнологов, онкологов и специалистов по ядерной медицине из Уппсальского университета (Швеция), НИИ онкологии Томского научного центра и Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А.Овчинникова.

О смелых научных замыслах и вероятности их практической реализации мы беседуем с руководителем лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ академиком РАН Сергеем Деевым.

 

О Нобеле и интуиции

 

- Сергей Михайлович, разрешите начать с вопроса о личном. Ваша научная биография - пример того, что нелинейная траектория может быть высокоэффективной? Выпускник МГУ с дипломом химика стал академиком в области молекулярной биологии и работает в сложнейшем разделе - диагностика и лечение агрессивных метастазирующих опухолей. 

 

- Мною всегда двигал интерес к новому. Наука меняется революционно, и я менялся вместе с ней. Защитив кандидатскую диссертацию по химии белка,  вскоре увидел, что зарождается новое направление - генная инженерия, и меня потянуло в эту сторону. В течение ряда лет занимался генной инженерией антител в Институте молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта.

 

- Затем произошёл крутой вираж - вы занялись исследованиями на стыке иммунологии и онкологии. Почему? Именно в этой области лежит основной запрос современной медицины?

 

- Прежде всего, отмечу, что иммунология - настолько сверхважная, сверхинтересная и сверхсложная наука, что в течение 20-21 веков нобелевские премии, так или иначе связанные с иммунологией, вручались почти двадцать раз.

 

Итак, моя докторская диссертация была посвящена уже генетике иммунного ответа. Причём в исследовании, которое легло в её основу, вашему покорному слуге удалось слегка уточнить некоторые детали механизма генетического принципа образования разнообразия антител, за открытие которого в 1987 г. Судзуми Тонегава получил Нобелевскую премию. Это маленькое, но важное уточнение. Оно, конечно, не ставит под сомнение заслуги нобелевского лауреата, а только подкрепляет значение его революционного открытия, на годы определившего развитие иммунологии, да и молекулярной биологии в целом.

 

- Осмелюсь предположить, что, защитив докторскую, вы вновь задумались, чем заниматься дальше. 

 

- Верно. И понял, что хочу работать в той области науки, которая в большей мере ориентирована на медицинскую практику. Во время командировки в США я обсуждал с моим американским коллегой Денисом Бёртоном (Dennis R. Burton), одним из пионеров активно развивавшейся тогда генной инженерии антител, наиболее «горячие точки» приложения этой мощной методологии к медицинским проблемам. В то время - в начале 1990-х - острейшей проблемой был вирус иммунодефицита человека. Но Бёртон сказал мне: «ВИЧ не вечная и не самая серьёзная проблема. Есть раздел науки, который был, есть и всегда будет актуальным - онкология». Этот разговор стал очень важным для меня. Рак - действительно бесконечная в плане научных исследований тема. Универсального средства от него нет и, скорее всего, не будет никогда, но можно попытаться предложить максимально эффективные подходы к лечению этого заболевания.

 

Кстати, ещё в 1990 году мне попалась на глаза статья о фаговом дисплее - новом лабораторном методе массового параллельного анализа и отбора наиболее перспективных вариантов белков, пептидов или рекомбинантных антител для специфического нацеливания на определённую мишень. Я тогда подумал: появляется уже не умозрительная, а вполне реальная возможность генно-инженерно конструировать мультифункциональные молекулы направленного действия применительно к разработке препаратов против рака. И окунулся в эту тему с головой.

 

- Всё получилось сразу?

 

- Не сразу, но получилось. Интуиция не подвела, взятый курс оказался верным и результативным, не зря в 2018 году группа учёных получила за направленную эволюцию ферментов и технологию фагового дисплея Нобелевскую премию. Используя эти подходы, мы с коллегами создали несколько перспективных противоопухолевых соединений с высоким прицельным и поражающим действием.

 

Переключившись на тему «онкология», наш коллектив занялся созданием бифункциональных конструкций, где сочетаются искусственные полипептиды (аналоги антител), которые узнают рецепторы раковых клеток, и токсические соединения. Это попытка воздействовать на рак избирательно, уничтожая именно клетки опухоли, чем, собственно, мы и занимаемся последние четверть века.

 

В середине 2000-х наша лаборатория для создания такого рода конструкций начала использовать наночастицы. Мы увидели реальную возможность применения нанотехнологий в онкотераностике - новой медицинской стратегии, которая объединяет диагностику заболевания и персонифицированное лечение пациента с более высокой эффективностью и безопасностью. Тераностический агент должен одновременно обеспечивать  направленную доставку к молекулярной мишени, эффективное и селективное воздействие на молекулярную мишень и визуализацию патологического очага в процессе лечения. Для этого к направляющей молекуле прикреплены какая-то метка - флюоресцентная или радиоактивная - и токсический агент. Препарат должен сам безошибочно найти патогенный очаг и уничтожить его, а врач имеет возможность контролировать движение препарата по организму и эффективность его действия, то есть видеть оставшиеся и вновь возникающие очаги опухоли. Наночастицы для этой цели как раз отлично подходят, поскольку они сами могут быть рентгеноконтрастными, флюороресцентными, магнитными, и у них большая поверхность, к ней можно прикрепить как направляющую молекулу, так и токсин.

 

Использование радионуклидов при создании таких соединений оправданно, потому что радионуклидная визуализация позволяет выявлять молекулярные мишени в опухолях непосредственно в организме человека, что важно при мониторинге результатов таргетной терапии. В разработке таргетных препаратов для онкотераностики наша лаборатория сотрудничает с коллегами из НИЦ «Курчатовский институт».

 

Ещё один исследовательский проект был выполнен в соавторстве с величайшим российским физиком, нобелевским лауреатом Жоресом Алфёровым. Мы сделали наночастицы, которые несли в себе две «боеголовки» - радиоизотоп, который воздействовал на раковые клетки, и биологический токсин. Нам удалось за счёт сочетанного действия радиоактивности и токсина в 2200 раз увеличить избирательность поражающего воздействия на опухолевые клетки. Цель была именно такой – наращивая силу атаки на опухоль, одновременно снизить токсичность химиотерапии. В данном случае за счёт направляющих молекул мы увеличиваем концентрацию действующего агента в патогенном очаге, а в здоровых тканях его накопление уменьшается.

 

 Плюс-минус токсичность

 

- Можно ли придумать химиотерапевтический препарат с нулевой токсичностью? 

 

- Стопроцентной избирательности достичь не удаётся, но мы стараемся сделать её всё более и более высокой, в частности, используя в «конструкторе» агенты, разные по механизму действия. В проекте с Жоресом Алфёровым использовали токсин и радионуклид, в другом случае - токсин плюс антибиотик, статья об этом российском опыте только что опубликована в престижном журнале «ACS Nano». Суть обеих разработок в том, что мы понижаем концентрацию каждого из действующих агентов за счёт их сочетанного действия: в одном случае, как уже сказано, нам удалось повысить эффективность воздействия на опухоль более чем в 2000 раз, в другом - в 1000 раз. Параллельно получаем эффект щадящего воздействия на здоровые ткани организма.

 

- Как это возможно: снизить концентрацию действующего вещества в лекарстве и при этом увеличить степень его лечебного воздействия, одновременно уменьшив токсичность? Нонсенс же…

 

-  На поверхности опухолевой клетки есть белки-маркёры. Но, к сожалению, абсолютно специфичных опухолевых маркёров нет, они встречаются и на здоровых клетках. Терапия направленной доставки основана на том, что на опухолевой клетке этих белков значительно больше и они «сидят» очень густо, а на здоровой клетке их мало. Используя хорошие направляющие молекулы, мы можем запустить механизм адресной доставки токсина к опухолевым клеткам и повысить таким образом его концентрацию именно в патогенной ткани. При этом здоровые органы и ткани получат существенно меньшую его дозу.

 

- Всё, о чём вы рассказываете - теория, или медицина может надеяться получить такое противораковое оружие в обозримом будущем?

 

- Может надеяться. За последние двадцать пять лет произошли революционные изменения в методологии генной и белковой инженерии. Я даже завидую своим молодым коллегам: сейчас можно придумать молекулу, смоделировать её на компьютере, закодировать в ДНК-коде и потом получить целевой белок, который может стать прототипом будущего лекарственного средства. Технологически реализовать научную идею в опытный образец, выполнить лабораторный эксперимент стало намного легче. Гораздо труднее организовать, провести и обосновать результаты доклинических и клинических испытаний новых лекарств и технологий.

 

Нашей лаборатории в этом смысле повезло, у нас установились хорошие партнёрские отношения с профессором Владимиром Толмачевым, Директором отделения иммунологии, генетики и патологии Университета Уппсалы из Швеции и профессором Анной Орловой из того же университета. Это одни из мировых лидеров в области радиофармакологии и радиоизотопной диагностики рака. Другим партнёром в нашем тройственном союзе является профессор Владимир Чернов, замдиректора по науке НИИ онкологии Томского научного центра, признанный специалист в области радиологии. Таким образом, объединив знания и опыт трёх научных коллективов, мы сфокусировались на конструировании и совершенствовании соединений для радиофармакологии онкологических заболеваний.

 

Работа напряжённая и, можно сказать, филигранная. Например, изменяя буквально три аминокислоты в молекуле направляющего белка, оказалось возможным в четыре раза уменьшить накопление радиоизотопа в печени и при этом обеспечить очень сильное и специфичное связывание препарата с опухолевой клеткой. Представьте эффект: пациент во время радиотерапии получит побочную дозу радиоактивности в четыре раза меньше, это же важно! В нашем российско-шведском научном объединении у каждой команды своя чёткая задача: мы делаем адресные белки, шведская группа оптимизирует методологию мечения этих белков радионуклидами и тестирует их на лабораторных животных с привитыми опухолями человека,  а томские учёные-онкологи тестируют самые лучшие варианты наших разработок. В частности, сейчас клиницисты оценивают эффективность и переносимость препарата, который по нашей задумке должен быть эффективен в отношении опухолей, избыточно экспрессирующих онкомаркёр HER2: рака молочной железы, рака яичника и ряда других новообразований.

 

- Это тоже «конструктор»?

 

- Да, это пептид, к которому присоединён изотоп. Пептид играет роль вектора, узнающего раковую клетку и доставляющего препарат прямиком к ней. А изотоп может быть диагностическим либо терапевтическим в зависимости от целей. В первом случае к направляющей молекуле присоединяем радиоактивный йод или радиоактивный технеций, благодаря чему данная конструкция находит точное местоположение опухоли и самое главное - её метастазы и даёт возможность визуализировать эти патогенные очаги. Для терапевтических целей диагностический изотоп можно заменить на другой, который имеет тип и энергию излучения, достаточную для того, чтобы убить раковую клетку - скажем, технеций 99m меняем на лютеций-177.

 

Онкологи проводят научно-клинические исследования и дают нам рекомендации, что необходимо подкорректировать. Хочу подчеркнуть, что я с огромным уважением отношусь к врачам. Мы знаем, как сделать, а врачи должны нам сказать, что сделать. В любой цепочке создания новых методов или средств лечения болезней главные действующие лица - это врачи-практики, именно их задача - проверить, насколько удачно то, что придумали учёные.

 

 Одна мишень - два агента

 

- Похоже, сам подход к разработке противоопухолевых препаратов в виде конструкторов неисчерпаем? За рубежом только что вышла очередная статья вашего научного коллектива, где описан уже новый вариант конструктора.

 

- Речь идёт о той же стратегии синергичной комбинированной адресной иммуно/химиотерапии, но теперь с помощью технологии двойного наведения на одну мишень. Новизна заключается в том, что мы к одному и тому же белку-рецептору на поверхности опухолевой клетки направляем конструкцию с двумя разными узнающими молекулами, которые нацелены на разные участки этого рецептора. Иным словами, противоопухолевый биоконструктор, оснащённый двумя «боеголовками», заходит в цель не через одни ворота, а через двое ворот.

 

А сам «конструктор» в данном случае представляет собой соединение трёх компонентов. Первый - наночастицы, «заправленные» антибиотиком  доксорубицином и адресным полипептидом - аффибоди, который распознает молекулы HER2 на поверхности раковых клеток. Второй - краситель, позволяющий увидеть, что происходит в организме после запуска препарата. Третий компонент - фрагмент токсина из синегнойной палочки, связанного с другим адресным полипептидом, тоже узнающим онкомаркёр HER2.

 

Таким образом, у двух узнающих молекул одна задача, но разные механизмы действия, и обе они, потенцируя действие друг друга, уничтожают опухолевую клетку. По аналогии с боевыми действиями: можно бомбить военный вражеский корабль с самолёта, можно торпедировать с подводной лодки, но лучше делать то и другое одновременно.

 

Использование двух «боеголовок» позволяет, как и случае с препаратами, о которых я говорил выше, значительно снизить эффективную концентрацию лекарства для достижения того же лечебного результата и при этом минимизировать побочные эффекты химиотерапии.

 

- И снова «очевидное-невероятное»: вы направляете в организм уже не одно, а два разных токсичных вещества, и при этом добиваетесь снижения токсичности терапии в целом.

 

- Да, токсичность снижается, как бы парадоксально это ни выглядело. Если брать каждый и компонентов отдельно - токсин синегнойной палочки или антибиотик - их концентрация, необходимая для уничтожения хотя бы 50% раковых клеток, должна быть высокой. Но когда мы берём два вещества вместе, они усиливают друг друга, возникает эффект супер-аддитивного действия, и тогда можно взять концентрацию обоих веществ в тысячу раз меньшую при том же поражающем действии. Длительность терапии, по нашим предположениям, не будет увеличиваться. 

 

Кстати, в этой научной работе есть, на мой взгляд, гораздо более значимый результат. Все врачи знают о высокой вероятности рецидива рака даже после, казалось бы, успешного лечения. Поэтому очень важно найти и убить все до единой опухолевой клетки. В лабораторном эксперименте на животных мы достоверно обнаружили исчезновение вторичных очагов рака. Именно эту способность предложенной нами новой противоопухолевой конструкции я считаю гораздо более весомым итогом, чем даже тысячекратное снижение концентрации токсичных веществ.  

 

- Вы можете этот феномен объяснить?

 

- Вероятно, могу. Не только уже сформировавшиеся закрепленные конгломераты опухолевых клеток, но и отдельные циркулирующие по организму клетки оказываются в поле зрения созданных нами конструкций. А благодаря высокой аффинности узнающих молекул раковые клетки попадают в их «руки» и не в силах высвободиться. Ну а дальше в дело вступает тот самый токсический агент, прикреплённый к направляющей молекуле.  

 

- Это случайно получилось, или вы такую задачу ставили исходно?

 

- Конечно, не случайно. Это была цель, к которой мы шли не один десяток лет.

 

- Сергей Михайлович, удовлетворённость от работы есть? Несколько публикаций в престижных зарубежных научных журналах, в том числе, в «Nature» - что может быть более значительным подтверждением вклада учёного в мировую науку?

 

- Публикации в высокорейтинговых изданиях нужны для подтверждения профессионализма, но они не должны быть доминантной целью. Для меня гораздо важнее увидеть, что какие-то твои разработки приносят пользу в практической медицине. Ну и, конечно, огромное удовлетворение приносит работа с молодыми талантливыми коллегами и маститыми учёными, о которых я говорил сегодня.

 

Подготовила Елена БУШ,

обозреватель «МГ»

Издательский отдел:  +7 (495) 608-85-44           Реклама: +7 (495) 608-85-44, 
E-mail: mg-podpiska@mail.ru                                  Е-mail rekmedic@mgzt.ru

Отдел информации                                             Справки: 8 (495) 608-86-95
E-mail: inform@mgzt.ru                                          E-mail: mggazeta@mgzt.ru