Флуоресцентные маркеры предраковых состояний

Серия новых визуализирующих агентов может "подсвечивать" опухоли с начала их образования – до того, как они станут смертельными – и сигнализировать об их переходе в агрессивные раковые формы.

Соединения – флуоресцентные ингибиторы фермента циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) (cyclooxygenase-2 – COX-2) – могут широко применяться для ранней диагностики опухолей и их перехода из предракового состояния к более агрессивному росту, определяя границы новообразования во время хирургической операции.

«Мы очень рады, что приближаемся к клиническим испытаниям наших новых агентов», - говорит доктор философии Лоренс Марнетт (Lawrence Marnett), руководитель группы ученых из Университета Вандербильта (Vanderbilt University), разработавшей соединения, описанные в статье в журнале Cancer Research.

ЦОГ-2 – привлекательная мишень для молекулярной визуализации. Фермент не обнаруживается в большинстве здоровых тканей и «включается» только в очагах воспаления и опухолях, объясняет Марнетт. ЦОГ-2 начинает экспрессироваться на ранних стадиях малигнизации – в предраковом состоянии - но не обнаруживается в нормальных тканях. И по мере того, как опухоль растет и становится все более злокачественной, уровни ЦОГ-2 поднимаются.

Соединения, избирательно связывающиеся с ЦОГ-2 и несущие флуоресцентные маркеры, функционируют как «маяки», указывающие на опухолевые клетки и воспалительные процессы.

Марнетт и его коллеги ранее уже показали, что флуоресцентные ингибиторы ЦОГ-2, названными ими флуорококсибами ("fluorocoxibs"), являются полезными датчиками связывания белка, но их ранние молекулы не подходили для клеточной визуализации in vivo.

«Наша задача состояла в том, чтобы получить ЦОГ-2-селективные соединения (не связывающиеся с родственным ферментом ЦОГ-1), имеющие желаемые свойства флуоресценции и попадающие в ткани в естественных условиях», - объясняет Марнетт.

Для разработки таких соединений Джейшим Уддин (Jashim Uddin), доктор философии, научный сотрудник кафедры биохимии, взял за основу «ключевую» химическую структуру, составляющую «ядро» противовоспалительных препаратов индометамица и целекоксиба. С этой структурой он связал различные флуоресцентные молекулы, синтезировав в конечном итоге более 200 соединений. Ученые протестировали каждое из этих соединений на взаимодействие с очищенными белками ЦОГ-2 и ЦОГ-1 и выявили те из них, которые проявляли перспективную ЦОГ-2-избирательность и хорошую флуоресценцию в культуре клеток и на животных. Отбор прошли 2 соединения.

В экспериментах, проведенных старшим научным сотрудником Брендой Круз (Brenda Crews), исследователи оценили возможности этих соединений in vivo на трех различных животных моделях: вызванном раздражением воспалении подушечек лап мышей, перевитых мышам человеческих опухолях и спонтанных опухолях мышей.

В каждом случае оба флуорококсиба - введенные внутривенно и в брюшную полость – накапливались в воспаленной или опухолевой ткани, придавая ей флуоресцентное свечение.

До перехода к клиническим испытаниям ученые проведут дополнительные токсикологическое и фармакологическое тестирование и разработают конкретные параметры применения соединений для флуоресцентной визуализации кожи или тканей доступных для эндоскопии (пищевод или толстая кишка).

Например, в пищеводе предраковое состояние, называемое пищеводом Барретта, может перейти сначала в дисплазию низкой, а затем и высокой степени и в конечном итоге в рак с выживаемостью в 1 год только 10 процентов больных. Для больного с пищеводом Барретта диагностика перехода к дисплазии жизненно важна. Проблема состоит в том, что дисплазия ничем видимо не отличается от предракового поражения слизистой Барретта, поэтому врачи берут образцы ткани для биопсии случайным образом и могут пропустить зоны дисплазии.

«С помощью эндоскопа врач сможет увидеть скопление клеток, светящихся благодаря нашим флуорококсибам, и точно определить место для биопсии», - говорит Марнетт. «Так как уровни ЦОГ-2 растут при раковой прогрессии практических всех солидных опухолей, мы считаем, что такие средства визуализации будут иметь очень широкую сферу применения».

Исследователи изучают возможность применения своих соединений и для адресной доставки химиотерапевтических препаратов непосредственно к ЦОГ-2-экспрессирующим клеткам, присоединив противораковые средства к ядру ингибитора ЦОГ-2 вместо флуоресцентного маркера.

Источник: Нанотехнологии в медицине и биологии