Молекулярные клетки для доставки противораковых препаратов открываются светом

Исследователи из Имперского колледжа Лондона создали новый тип молекулярной "клетки" для соединения с противораковыми свойствами. Высвобождение молекулы из клетки можно контролировать с помощью внешних стимулов, таких как свет. Это может привести к более целенаправленной доставке лекарств, повышению эффективности и уменьшению побочных эффектов.

Принцип работы клетки

Клетка работает, "запирая" молекулы лекарства внутри нетоксичного носителя, который транспортирует препарат к нужному месту перед высвобождением. Она состоит из громоздких молекулярных групп, которые оборачиваются вокруг лекарства, блокируя его биологическую активность до тех пор, пока они не будут отделены с помощью триггера.

Для создания клетки команда использовала молекулу типа ротаксана. Ротаксаны имеют молекулярное кольцо, запертое на оси в форме гантели, с концевыми группами-стопорами, которые не дают кольцу соскользнуть. Кольцо действует как молекулярный щит, блокируя доступ к оси и предотвращая её взаимодействие с другими молекулами.

Исследователи спроектировали ротаксан, ось которого включает биологически активную молекулу, обычно убивающую раковые клетки путём взаимодействия с их ДНК. Пока кольцо присутствует, активная молекула не может связываться с ДНК, что отключает её токсичность.

Однако при воздействии света или специфического фермента один конец оси отламывается, высвобождая кольцо и позволяя активной молекуле связываться с ДНК в раковых клетках.

Нацеливание на рак

Активная молекула, встроенная в ротаксан, особенно хорошо взаимодействует со специальной структурой ДНК, называемой G-квадруплексом (G4). Эти структуры ДНК были предложены в качестве потенциальных мишеней для лекарств от рака.

Исследования показали:

• С ротаксаном, содержащим активное соединение, не наблюдалось взаимодействия с экстрагированными нитями ДНК, что подтвердило блокирующую роль кольца.
• В живых раковых клетках ротаксан с активным соединением не был токсичен в нормальных условиях.
• После воздействия света почти все раковые клетки погибли в течение нескольких часов.
• Конфокальная микроскопия показала, что до облучения ротаксан оставался во внешних частях клетки, не содержащих ДНК. После облучения высвободившаяся активная молекула перемещалась в ядро, где хранится большая часть ДНК.

Будущие направления

Хотя свет является хорошим триггером с точки зрения контроля местоположения и интенсивности, на практике его применение было бы ограничено раком кожи или опухолями, доступными эндоскопу. Поэтому исследователи также тестируют возможность высвобождения кольца ротаксана с помощью специфических ферментов, например, тех, которые в изобилии встречаются только в раковых клетках.

Подход, основанный на "клик-химии" для сборки ротаксанов, является модульным. Это позволяет исследователям использовать разные противораковые молекулы или вводить альтернативные механизмы активации, просто "соединяя" нужные компоненты, как в молекулярном конструкторе.