Модифицированные бактериофаги, как препарат для терапии рака

Рак остается одной из главных причин смерти во всем мире, уносящей ежегодно жизни миллионов людей. Применение в медицине бактериальных вирусов может стать основой для новых способов диагностики и терапии онкологических заболеваний, но для этого их нужно модифицировать флуоресцентными красителями или лекарственными препаратами. Новосибирские ученые выяснили, сколько полезных молекул можно пришить к оболочке вируса и как это отразится на его проникающей способности.

Способов лечения онкологических заболеваний довольно много — например хирургическое вмешательство, химио- и радиотерапия, — однако нет гарантий, что рак не вернется и что здоровье пациента не ухудшится.

«Очень перспективен тераностический подход, в концепции которого препарат избирательно связывается с раковыми клетками и играет сразу две роли — диагностической метки и лекарственного средства. Многообещающей основой для разработки таких систем видятся нитчатые бактериофаги — вирусы бактерий. Они безопасны для человека, быстро размножаются, хорошо проникают в эукариотические клетки, а еще стабильны при нагревании и изменениях кислотности. Это дает возможность их модификации и, как следствие, тонкой настройки под конкретную задачу», — рассказывает Майя Дымова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.

Сотрудники Новосибирского Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАНВ) адаптировали одну из наиболее популярных стратегий модификации нитчатых фагов. Она заключается в том, чтобы провести реакцию между сложным эфиром N-гидроксисукцинимида и аминогруппой (NH2-) некоторых аминокислот белковой оболочки вируса. На другом конце молекулы эфира может быть светящийся флуорофор или биологически активное соединение, например лекарство или метка для привлечения иммунных клеток. Получается нечто вроде гусеницы с функциональными волосками, но важно не переусердствовать с модификацией. «Пришитые» фрагменты могут провзаимодействовать друг с другом и таким образом потерять активность (это частая проблема красителей) или же сделать вирус слишком громоздким и ухудшить его проникающую способность.

Исследователи модифицировали опухоль-адресующие бактериофаги разным количеством флуоресцеина (FAM) и наблюдали, как они будут заражать клетки рака молочной железы. Оказалось, что эффективнее всего проникают вирусы, модифицированные концентрацией FAM в 4 мМоль, коэффициент модификации составил приблизительно 804,2 молекулы красителя на одну фаговую частицу.

Методами иммунофлуоресцентного окрашивания и проточной цитометрии было показано, что модифицированный бактериофаг сохраняет способность проникать в раковые клетки. Вместе с тем такая модификация в пять раз ухудшила способность вирусов проходить сквозь мембрану клеток, поэтому сейчас планируется как получение рекомбинантных опухоль-адресующих бактериофагов, несущих биологически активную в отношении рака молекулу, так и работа по дополнительной модификации его оболочки, которые помогут фагу лучше связываться с клеткой.

По словам Владимира Рихтера, заведующего лабораторией биотехнологии и заместителя директора ИХБФМ СО РАНВ, в  дальнейшем планируется развивать эту систему. Также предстоит описать механизм внедрения вирусов в клетку, а в дальнейшем оценить эффективность лекарственного препарата.

Результаты работы ученых, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Molecules.