Объединяя in silico-, in vivo- и in vitro-эксперименты, учёные создают лекарственные нанопрепараты

Наночастицы фуллеренола гадолиния (Gd@C₈₂(OH)₂₂) стали ядром научно-исследовательской работы в области медицины, проведённой солидной международной группой, в которую вошли учёные Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM, Колумбийского университета (все — США), а также Института физики высоких энергий и Национального центра нанотехнологий (оба — Китай).

Изначально эти частицы были разработаны и синтезированы для использования в таких медицинских диагностических методах, как МРТ. Однако у скромной Золушки обнаружились неожиданные способности. Но об этом чуть позже, а пока представим другого героя работы. Матриксные металлопротеиназы (MMP) — сверхпопулярные мишени для проведения противораковой химиотерапии, поскольку ММР являются ключом к выживанию злокачественных опухолей во враждебном им окружении. Эти ферменты помогают проращивать кровеносные сосуды, которые приносят с собой столь желанный кислород и другие питательные вещества. Особой популярностью среди многочисленных ММР пользуются ММР-2 и ММР-9.

И вновь о наночастицах. Как показали эксперименты на мышах, они надёжно блокировали рост и метастазы опухолей поджелудочной железы (одной из самых смертельных форм рака). Действуя на клеточном уровне, частицы фуллеренола гадолиния сдерживают экспрессию и снижают активность матриксных металлопротеиназ ММР-2 и ММР-9. Компьютерное моделирование показало, что действие наночастиц на ММР-9 не является прямым, то есть они связываются с протеином в стороне от его активного каталитического центра. Уже само по себе это резко контрастирует с тем, к чему мы привыкли в молекулярной медицине, где лекарства разрабатываются для непосредственного блокирования активных каталитических центров ферментов.

Эффективность наночастиц оказалась настолько значительной, что на основании полученных данных можно смело утверждать, что именно эти гадолиний-содержащие наночастицы и есть лучшее средство борьбы с раком поджелудочной железы — лучшее, чем все традиционные медикаменты.

Кроме того, подчеркнём, что эта работа стала прекрасным примером удачной интеграции расчётной теории (in silico-экспериментов) и экспериментов, поставленных на клеточных культурах (in vitro) и животных (in vivo). Всё это позволило предложить механизм взаимодействия между наночастицами и биологическими молекулами на беспрецедентном атомном уровне.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Science.

Подготовлено по материалам EMSL.