Открытия

Рибофлавин на прицеле у онкологов

Как показали исследования группы ученых, комплекс из рибофлавина и наночастиц может стать инструментом целенаправленного воздействия на опухоль

Два года назад в СМИ прошла волна публикаций с заголовками типа «Витамин оказался “убийцей” рака». В частности, «Российская газета» писала: «Ученые смогли уничтожить рак при помощи витамина B₂. Результат инновационной терапии просто феноменальный: опухоль уменьшается на 90 процентов».

На деле все гораздо сложней. «Это просто новый подход к лечению рака. Человеческую опухоль – карциному – привили мыши и воздействовали на нее лазерным излучением вместе со специальным комплексным препаратом, в который входил и В₂», – говорит Владислав Яковлевич Панченко, глава Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и научный руководитель ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, где и была сделана эта работа.

Витамин В2, или рибофлавин, играет ключевую роль транспортера энергии в клетку. Это единственный витамин, не вызывающий гипервитаминоза: им невозможно отравиться, избыток легко выводится; его производные входят в состав многих важнейших ферментов, поэтому В2 – одно из главных для здоровья веществ.

Медицинская задача – для физиков

Нужно было найти способ уничтожения раковых клеток активным кислородом, а для этого выбрать носителей данной функции, создать из них необходимый препарат и обеспечить транспорт этого препарата непосредственно в раковую опухоль – с его активацией в ней.

Работа стартовала еще в 2012 году. Удивительно, но исследованием стал руководить физик, Евгений Хайдуков из ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН: чтобы достичь медицинской цели, потребовалось физическими методами обеспечить в опухоли локальное выделение активного кислорода. В междисциплинарный коллектив из 20 специалистов вошли, например, химики из Института биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова РАН и МИТХТ. В исследовании принял участие российско-австралийский биофизик Андрей Звягин, ныне заведующий отделом в Институте молекулярной медицины Первого МГМУ им. Сеченова. Отлично сложилось сотрудничество с врачами из Российского онкологического научного центра им. Блохина.

Междисциплинарность и ее финансирование

Еще совсем недавно российская наука к междисциплинарности адаптирована не была. Но эту ситуацию изменил новый подход к финансированию фундаментальных исследований (как известно, финансирование науки в России сейчас идет через фонды – Российский научный фонд, РНФ, и РФФИ).

«Конечно, в фондах не очень много денег, – говорит академик Панченко. – Но и эти деньги сильно распылялись, выделялось много маленьких грантов на малые проекты. Эту инерцию в распределении средств было особенно сложно преодолеть». Затем коллективы ученых начали подавать заявки на 10–15 небольших грантов на одну тему. Происходила самоорганизация: ученые встречались на семинарах, на конференциях и договаривались между собой. Если эта общность выигрывала лишь половину заявленных грантов – все равно все гранты шли на развитие одной темы.

«Я решил, что это сигнал, и наряду с выдачей мелких грантов нужно проводить другие проекты – крупные. Которые синтезируют все наработанное в более крупную программу, где грант уже составляет не полмиллиона, скажем, а пять миллионов рублей», – рассказывает академик.

Финансовая поддержка оказалась сравнительно невелика, но этого хватило, чтобы ученые-энтузиасты начали развивать свою идею – простую до гениальности, базирующуюся на советских фундаментальных исследованиях, которые проводились в 60-х годах прошлого века.

В одном из интервью Евгений Хайдуков пошутил: «Чтобы нормально конкурировать с Западом (а все-таки научный мир – это конкурентный мир), мы стараемся браться за очень простые идеи, простые решения. Русская смекалка, преимущество русского мира. Если на Западе берут какого-то специалиста из другой страны, то они понимают, что учился он колеса крутить – все, он будет только колеса крутить. А если приезжает русский, все понимают, что он может и колеса крутить, и ядерную бомбу собрать».

Ода витамину В₂

Давно известно, что раковые клетки поглощают и накапливают огромное количество рибофлавина – из-за высочайшей скорости деления эти клетки имеют бо́льшую потребность в энергии. Столь же давно известны и прекрасные фотосенсибилизирующие возможности рибофлавина. При возбуждении излучением в ультрафиолетовом спектральном диапазоне он может выделять активные формы кислорода, эффективно уничтожающие в опухоли раковые клетки.

«Рибофлавин, будучи возбужден определенным образом – механизм неизвестен, но известен факт, – генерирует активный, или синглетный кислород, – говорит академик Панченко. – Что такое синглетный кислород? Это общее название для двух метастабильных состояний молекулярного кислорода с более высокой энергией, чем в основном состоянии».

Необходимо было выяснить, каким образом донести рибофлавин до опухоли; как и чем возбуждать его внутри человеческого тела, чтобы запустить необходимый каскад преобразований; какова должна быть его концентрация в опухоли.

Разница в цвете

«Нужны большие, жесткие кванты ультрафиолета, – говорит Владислав Панченко. – Но к сожалению, использование жестких квантов может вызывать мутацию». Ультрафиолет крайне вреден для организма: уничтожает ДНК, порождая новые опухоли и вызывая гибель здоровой ткани. Кроме того, он проникает в живую ткань всего на один-два сантиметра, не достигая глубоких опухолей.

А вот излучение инфракрасного диапазона спектра способно проникать гораздо глубже – это называется «окном прозрачности» – и безвредно для человека.

Нужно было создать фактор, способный для активации рибофлавина преобразовывать ИК-излучение в фотоны ультрафиолета на заданной глубине.

Модное слово «наночастицы»

В биомедицине уже некоторое время для разных целей используются некоторые типы наночастиц – например, наноалмазы, нанорубины и нанофосфоры – в сочетании с различными видами излучений. Наноалмазы и нанорубины – действительно драгоценные камни микроскопического размера. А нанофосфо́ры – неорганические кристаллы, имеющие способность к фотолюминесценции.

Наночастица (nanoparticle) – изолированный твердофазный объект, имеющий отчетливо выраженную границу с окружающей средой, размеры которого во всех трех измерениях составляют от 1 до 100 нанометров (нанометр – одна миллиардная часть, 10-9 метра).

Междисциплинарному коллективу удалось найти так называемые апконвертирующие нанофосфоры подходящего размера, способные проникать в опухоль и там «конвертировать», превращать ИК-излучение в УФ-излучение. Ионы в наночастицах при поглощении квантов низкоинтенсивного ИК-излучения переходят в возбужденное состояние – поглощают энергию. Затем эта энергия в виде ультрафиолета передается молекулам рибофлавина, который и продуцирует активный кислород, убивающий раковые клетки.

Уязвимость рака

Активный супрамолекулярный (состоящий из двух и более молекул, удерживаемых вместе посредством межмолекулярных взаимодействий) комплекс из рибофлавина и апконвертирущих наночастиц внутривенно вводится в организм для «пассивной» доставки к опухоли благодаря EPR-эффекту (Enhanced Permeability and Retention, улучшенная проницаемость и удержание). У рака, страшного врага человечества, все же есть уязвимость. Клетки бурно развивающейся опухоли столь же бурно продуцируют факторы роста, поэтому растущие в опухоли сосуды не успевают полноценно сформироваться: у них расширены поры, через которые из крови в опухоль проникают питательные вещества и рибофлавиновый комплекс. Препарат накапливается именно в опухоли, так как в здоровые ткани через стенки нормальных сосудов он проникнуть не может. Потом нужно лишь осветить опухоль сквозь тело инфракрасным светом – и она начинает уменьшаться.

Наночастицы обладают способностью к фотолюминесценции: если на них направить излучение лазера в ИК-диапазоне, они сами начинают светиться; при этом живая ткань обретает прозрачность и прекрасно видно состояние опухоли.

Как всегда, выручают мыши

Эффективность метода проверяли, как водится, на мышах, которым вводили шприцом раковые клетки, прививая рак груди. Затем мышам внутривенно вводился супрамолекулярный препарат.

Контрольная группа мышей ИК-облучения не получала. Во второй группе, которую облучали в течение 50 дней, наблюдалось резкое замедление роста опухоли – и даже уменьшение ее объема до 90%.

Удивительные результаты были опубликованы, в частности, в известном журнале Scientific Reports: Riboflavin photoactivation by upconversion nanoparticles for cancer treatment («Фотоактивация рибофлавина апконвертирующими наночастицами для лечения рака»).

После появления многочисленных статей о «витамине – убийце рака» почти на два года наступило затишье – прекратилось государственное финансирование. Но уже сейчас под эти исследования создается междисциплинарная лаборатория в ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» в Москве. Опять в одном месте собираются врачи, физики, биологи, химики. Начинаются клинические испытания в институте имени Блохина.

«Меньше чем за два месяца у мыши исчезало 90% опухоли, – рассказывает Владислав Панченко. – А малую опухоль уже можно убрать лапароскопией. На клеточном уровне мы убивали вообще все раковые клетки. Опухоль просто тает на глазах!».

Исследование еще на стадии разработки. По словам академика Панченко, сейчас главное – показать отдаленные последствия.

Пока это еще не открытие – но подает большие надежды.

Меню