Переносчик ионов как новый перспективный противоопухолевый препарат

Международная команда исследователей под руководством ученых из Университета Техаса в Остине (The University of Texas at Austin, США) создала молекулу, вызывающую саморазрушение раковых клеток путем переноса ионов хлора в опухолевые клетки.

Искусственные переносчики ионов, описанные в публикации журнала Nature Chemistry, были созданы учеными ранее, однако только теперь исследователи показали их работу в настоящей биологической системе, продемонстрировав гибель клеток путем саморазрушения в результате переноса ионов.

В организме человека и животных клеткам приходится затрачивать энергию, чтобы поддерживать концентрацию ионов внутри на постоянном уровне. Нарушение тонкого ионного баланса может запустить гибель клеток путем апоптоза – программируемой клеточной гибели – механизма, используемого организмом для очищения от опасных или поврежденных клеток.

Один из способов саморазрушения опухолевых клеток заключается в запуске установленной программы изменения ионного баланса внутри клеток. К сожалению, в результате опухолевой трансформации в клетке изменяется способ транспортировки ионов через мембрану, что приводит к блоку апоптоза.

Почти два десятилетия назад было открыто натуральное вещество продигиозин, действующее в качестве естественного ионного переносчика, обладающего противораковым эффектом.

«С тех пор искусственный переносчик, способный выполнять ту же самую работу, но только лучше, и способный излечивать такие заболевания, как муковисцидоз, при котором не работают каналы-переносчики ионов хлора, стал мечтой химиков», – говорит Джонатан Сесслер (Jonathan Sessler), профессор Колледжа Естественных Наук при Университете Техаса (College of Natural Sciences, США).

Сесслер и его коллеги из научных групп под руководством профессора Инджей Шина (Injae Shin) из Университета Йонси (Yonsei University, Китай) и профессора Филиппа А. Гейла (Philip A. Gale) из Университета Саутгемптона (University of Southampton, Великобритания) и Университета Короля Абдулазиза (King Abdulaziz University, Саудовская Аравия), смогли воплотить мечту в реальность.

Члены исследовательской группы из Университета Техаса создали искусственный переносчик, связывающийся с ионами хлора. Молекула работает в условиях обязательного окружения хлорид-ионами, которые растворяют мембрану клетки, состоящую в основном из липидов. Исследователи установили, что переносчик может использовать натриевые каналы, естественным образом входящие в состав клеточной мембраны и переносящие ионы натрия.

Гейл и его группа показали эффективность переносчиков ионов в модельной системе, используя искусственную липидную мембрану.

Затем Шин и его научная группа на модели культуры раковых клеток человека продемонстрировали, что эти молекулы способствуют гибели клеток. Одним из установленных фактов стало то, что концентрация ионов в раковых клетках изменяется прежде, чем запускается процесс апоптоза, а вовсе не является побочным эффектом гибели клеток.

«Мы показали, что поступление ионов хлора в клетку через искусственный транспортер действительно запускает апоптоз. Это удивительно, поскольку указывает на новый подход для разработки противоопухолевой терапии», – говорит Сесслер.

Как отмечает Сесслер, в настоящее время искусственная молекула запускает апоптоз как в опухолевых, так и в здоровых клетках. Для применения в качестве противоопухолевой терапии будет разработана специальная модификация транспортера хлорид-ионов, связывающаяся только с опухолевыми клетками. Это можно сделать путем соединения транспортера со специальной молекулой, такой как тексафирин, ранее синтезированной в лаборатории Сесслера.

Полученные результаты стали кульминацией многолетней работы международного исследовательского сообщества. Следующим шагом исследователей станет проверка искусственного транспортера на модели на животных.

Искусственные транспортеры ионов способны индуцировать апоптоз, облегчая транспорт хлорид-ионов в клетки.
(фото: Image courtesy of University of Texas at Austin)

По материалам University of Texas at Austin

Оригинальная статья:
Sung-Kyun Ko, Sung Kuk Kim, Andrew Share, Vincent M. Lynch, Jinhong Park, Wan Namkung, Wim Van Rossom, Nathalie Busschaert, Philip A. Gale, Jonathan L. Sessler, Injae Shin. Synthetic ion transporters can induce apoptosis by facilitating chloride anion transport into cells. Nature Chemistry, 2014; DOI: 10.1038/nchem.2021