Новые флуорофоры помогут в борьбе с раком

11:40, 23 июня 2022

Ученые синтезировали недорогие вещества для диагностики и терапии опухолей

Синтезом флуорофоров уральские ученые занимаются более шести лет. Фото: Андрей Фомин.

Ученые УрФУ и УрО РАН создали новые флуоресцентные химические соединения (флуорофоры) для фотодинамической терапии раковых опухолей — новейшего метода лечения онкозаболеваний. Соединение подходит одновременно для диагностики опухолевых процессов путем окрашивания пораженных тканей и их дальнейшего лечения посредством разрушения опухолевых клеток без вреда для здоровых. Результаты первичных исследований представлены в журнале Dyes and Pigments.

Синтез данных флуорофоров отличается невысокой стоимостью, ввиду доступности всех производных в составе, а также отсутствием примесей, которые могли бы привести к побочным эффектам. Эффективность флуорофора проверили на клетках HeLa, используемых в качестве модели раковой опухоли шейки матки. Сейчас ученые проверяют, как новое соединение взаимодействует с другими видами раковых клеток.

Флуорофоры — это химические соединения, испускающие видимый свет (фотолюминесценцию) при воздействии на них ультрафиолетовым (УФ) или видимым излучением. Они способны распространяться по биологическим тканям и окрашивать клетки, подверженные воспалительным процессам. Так, новое соединение взаимодействует с биомолекулами тканей организма и при УФ или видимом облучении окрашивает участки, в которых идет процесс разрастания опухоли. Это позволяет определить размер опухоли в организме и очертить ее границы. В ходе экспериментов ученые выяснили, что новый флуорофор выполняет двойственную функцию: он не только окрашивает больные участки, но и начинает их разрушать.

«Изначально мы исследовали только красящие свойства соединения, — рассказывает соавтор исследования, профессор кафедры органической и биомолекулярной химии УрФУ Григорий Зырянов. — Соединение способно накапливаться в определенных участках клетки — клеточной мембране и ретикулуме (внутриклеточный органоид, отвечающий за сворачивание белка), и при УФ или видимом облучении подсвечивать зараженные участки ярко-зеленым цветом. Однако выяснилось, что далее флуорофор выполняет функцию фотосенсибилизатора. То есть под действием оптического облучения он начинает взаимодействие с окружающей клеточной средой (кислород, вода и т. д.) и генерирует свободные радикалы, так называемые активные формы кислорода. Эти активные частицы вступают в химические взаимодействия с пораженными клетками, начиная их разрушение, при этом практически не влияя на здоровые. Это называется фотодинамической терапией, это новая перспективная методика лечения раковых заболеваний с высокой эффективностью и минимумом побочных эффектов».

Ученые с помощью методов гетероциклической химии создали два экспериментальных образца. Химики синтезировали флуорофор на основе нафтоксазола — производного соединения оксазола, используемого в синтезе лекарственных и биохимических препаратов, и фрагмента нафталина, используемого в качестве платформы и так называемой антенны для более эффективного восприятия молекулой оптического облучения. Дополнительно химики добавили в соединение фрагменты пирена и антрацена — полиядерных ароматических углеводородов, обладающих высоким флуоресцентным откликом, то есть ярким свечением. Наибольшую флуоресцентную и противораковую активность показало соединение, содержащее пирен.

«Пирены очень часто используются для биовизуализации, антрацены — реже. Эти соединения перспективны по многим причинам, в том числе мы смогли показать, что пирен-содержащее соединение начинает светиться даже при облучении видимым светом, и это видно даже невооруженным взглядом. Это очень удобно в том числе, например, для проведения хирургических вмешательств, когда в лечении это все-таки необходимо», — поясняет Григорий Зырянов.

Исследование выполнено при поддержке РНФ (проект № 18–73–10119-P) и Совета по грантам при Президенте РФ (проект № НШ-1223.2022.1.3).