Ученые НИТУ «МИСиС» научились эффективно диагностировать рак с помощью яда кобры и квантовых точек

Группа исследователей из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из университета Тезпура (Индия) синтезировала препарат на основе альфа-нейротоксинов, полученных из яда кобры, и полупроводниковых флуоресцентных наночастиц. Новый препарат способен эффективно «помечать» границы раковой опухоли в организме.

Ранняя и достоверная диагностика онкологических заболеваний – одно из наиболее востребованных направлений биомедицинских исследований. При хирургическом удалении злокачественных новообразований врачам очень важно видеть границы оперируемой области. Чем качественней будет отмечена зона новообразования, тем эффективнее пройдет процедура.

Ученые НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Юрия Уткина разработали уникальное гибридное соединение (конъюгат) из двух молекул с разными свойствами – альфа-нейротоксинов, полученных из яда тайландской кобры, и флуоресцентных квантовых полупроводниковых наночастиц селенида кадмия (так называемые «квантовые точки»). Полученные конъюгаты могут использоваться для создания медицинских тест-систем, визуализирующих ряд онкологических новообразований.

Индийская сторона провела исследование цитотоксичности альфа-нейротоксинов, факторов роста нервов, а также их конъюгатов с флуоресцентными нанокристаллами на клетках разных видов.
Змеиные яды – это сложные смеси белков, обладающих различными видами биологической активности. В частности, яды кобр и мамб содержат альфа-нейротоксины, которые взаимодействуют со специфическими рецепторами и полностью блокируют передачу нервных импульсов в организме (на чем и основано парализующее действие яда при укусе змей).

Биологическими «мишенями» альфа-нейротоксинов являются никотиновые холинорецепторы. Это специфические группы белков, которые раковая опухоль (например, мелкоклеточный рак легких или рак молочной железы) вырабатывает в патологически большом количестве. В здоровом организме холинорецепторы участвуют в проведении нервного импульса.

Для визуализации опухоли ученые решили использовать уникальное свойство токсинов – избирательное взаимодействие с определенным «маркером» болезни. Сцепка «нейротоксин-квантовая точка» попадает с кровотоком в пораженный орган и обозначает всю зону опухоли за счет яркой флоуресценции наночастиц. Они способны светиться при облучении невидимым глазу УФ-излучением.

«Мы синтезировали конъюгаты квантовых точек с токсинами с помощью специально разработанных методик, которые обеспечивают стабильность полученных соединений при введении в организм. Наночастицы селенида кадмия покрыты тонкой пленкой пептида (короткого белка), что дает высокую степень биосовместимости конъюгатов и позволяет нейтрализовать токсичность самих квантовых точек. При этом созданные конъюгаты обладают существенно меньшим размером по сравнению с аналогами, что значительно облегчает процесс доставки препарата в орган», – рассказал руководитель проекта, эксперт Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС» профессор Юрий Уткин.

По словам ученого, использование флуоресцентных наночастиц может существенно повысить эффективность диагностических исследований, поскольку по целому ряду параметров они существенно превосходят традиционные метки, обладая более яркой флоуресценцией и высокой устойчивостью к выцветанию.

Полученный препарат также можно использовать в качестве терапевтического средства с адресной доставкой, если к молекуле конъюгата присоединить лекарство. Как известно, в лечении онкологических заболеваний важнейшей задачей является именно адресность по отношению к пораженному органу, поскольку большая часть лекарств носит токсичный характер.

В настоящее время коллектив разработчиков оптимизирует характеристики препарата, и готовится к доклиническим исследованиям полученных образцов. Испытания in vivo запланированы на ближайшее время.