Найден способ превратить недостатки фотоактивных молекул для лечения онкологических заболеваний в достоинства

Химики обнаружили, что биологическое окружение противоопухолевых препаратов, активируемых светом, вносит решающий вклад в их терапевтические свойства. Так, даже если в водном растворе соединения обладают низкой активностью, они восстанавливают ее при взаимодействии с белками опухолевых клеток. Полученные данные позволят расширить круг молекул, потенциально пригодных для фототерапии онкологических заболеваний. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Medicinal Chemistry.

Фотодинамическая терапия — это инновационный метод лечения онкологических заболеваний. Он заключается в том, что в организм пациента вводят нетоксичные красители-фотосенсибилизаторы, которые накапливаются в раковых клетках. Такие красители активируются под действием света и образуют активные формы кислорода, например, высокотоксичный синглетный кислород, приводящий к гибели клеток. При этом одними из наиболее перспективных красителей для использования в данном методе лечения считаются фталоцианины — они поглощают красный свет, который лучше всего проходит через живые ткани. Однако на сегодняшний день набор фталоцианиновых красителей, применяемых в медицине, ограничен из-за их склонности к образованию агрегатов («слипанию» молекул) в водных растворах. Такие агрегаты теряют свою фотоактивность, поэтому химики ищут новые неагрегирующие соединения.

Ученые из Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (Москва) и Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН (Москва) совместно с коллегами из Сеченовского университета (Москва) синтезировали новые фотосенсибилизаторы на основе фталоцианинов, обладающих высокой световой токсичностью по отношению к клеткам рака молочной железы. При этом авторы получили как агрегирующие в воде, так и не склонные к этому фталоцианиновые комплексы.

Далее химики исследовали способность полученных фталоцианинов генерировать синглетный кислород под действием света в разных средах — в водном растворе, в растворах, содержащих белки сыворотки крови, а также в живых клетках.

Исследователи обнаружили, что эффективность фотосенсибилизаторов в меньшей степени определяется их химическим строением и в большей степени зависит от биологического окружения, например, связывания с белками клеток. Так, фототоксичность всех исследованных молекул по отношению к раковым клеткам на несколько порядков превосходила показатели клинически одобренных фотосенсибилизаторов.

«Мы обнаружили, что внутри клеток агрегаты фталоцианинов разрушаются до отдельных молекул, которые под действием света генерируют активные формы кислорода. Одной из причин этого может быть взаимодействие фталоцианинов с белками», — рассказывает один из основных исполнителей проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Бунин, младший научный сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН.

При этом полученные вещества оказались практически нетоксичными в отсутствие светового воздействия, что особенно важно для их дальнейшего применения.

«Мы надеемся, что наши исследования помогут расширить понимание того, как работают фотосенсибилизаторы на основе фталоцианинов, и это может дать импульс для разработки фотоактивных препаратов с новыми механизмами действия. В дальнейшем мы планируем детально исследовать процесс разрушения агрегатов фталоцианинов в клетках, чтобы в будущем стало возможно использовать эти соединения в противораковой терапии», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Горбунова, доктор химических наук, академик РАН, главный научный сотрудник ИФХЭ РАН и ИОНХ РАН.

Авторы отметили, что стабильные агрегаты фталоцианинов, не генерирующие синглетный кислород, также могут быть интересны для терапевтических целей. Например, их способность превращать энергию света в тепло может открыть путь к созданию новых препаратов для фототермической терапии. Этот подход основан на том, что в опухоль доставляют фотосенсибилизатор, затем ее освещают, и это вызывает локальный нагрев, приводящий к гибели клеток.