Новый датчик может показывать, эффективны ли химиотерапевтические препараты

Инженеры-химики MIT разработали новый датчик, который позволяет им видеть внутри раковых клеток и определять, реагируют ли клетки на определенный тип химиотерапевтического препарата.

Датчики, которые обнаруживают перекись водорода внутри клеток человека, могут помочь исследователям определить новые лекарственные препараты для рака, которые повышают уровень перекиси водорода, что вызывает запрограммированную гибель клеток. Датчики также могут быть адаптированы для скрининга опухолей отдельных пациентов, чтобы предсказать, будут ли такие препараты эффективными против них.

«Терапия не будет работать против всех опухолей», - говорит Хэдли Сайкс, адъюнкт-профессор химического машиностроения в Массачусетском технологическом институте. «В настоящее время существует реальная нехватка количественных, химически специфических инструментов, позволяющих измерять изменения, происходящие в опухолевых клетках, по сравнению с нормальными клетками в ответ на лечение».

Сайкс является старшим автором исследования, которое появилось в выпуске Nature Communications от 7 августа. Первый автор статьи - аспирант Трой Лэнгфорд; другие авторы - бывшие аспиранты Пекина Хуан и Джозеф Лим и аспирант Сан Цзинь Мун.

Отслеживание перекиси водорода

Раковые клетки часто имеют мутации, которые заставляют их метаболизм перевариваться и производят аномально высокие потоки перекиси водорода. Когда образуется слишком большая часть молекулы, она может повредить клетки, поэтому раковые клетки сильно зависят от антиоксидантных систем, которые удаляют перекись водорода из клеток.

Препараты, которые нацелены на эту уязвимость, которые известны как «окислительно-восстановительные препараты», могут работать либо путем отключения антиоксидантных систем, либо дальнейшего увеличения производства перекиси водорода. Многие такие препараты вошли в клинические испытания со смешанными результатами.

«Одна из проблем заключается в том, что клинические испытания обычно обнаруживают, что они работают для некоторых пациентов, и они не работают для других пациентов», - говорит Сайкс. «Нам действительно нужны инструменты, чтобы иметь возможность проводить более хорошо спланированные испытания, когда мы выясняем, какие пациенты будут реагировать на этот подход, а какие нет, поэтому больше этих препаратов можно одобрить».

Чтобы помочь двигаться к этой цели, Сайкс решил разработать датчик, который мог бы чутко обнаруживать перекись водорода внутри клеток человека, позволяя ученым измерять реакцию клеток на такие лекарства.

Существующие датчики перекиси водорода основаны на белках, называемых факторами транскрипции, взятых из микробов и сконструированных для флуоресцирования, когда они реагируют с перекисью водорода. Сайкс и ее коллеги пытались использовать их в клетках человека, но обнаружили, что они не чувствительны в диапазоне перекиси водорода, которую они пытались обнаружить, что заставило их искать человеческие белки, которые могли бы выполнить эту задачу.

Через исследования сети белков человека, которые окисляются с увеличением перекиси водорода, исследователи идентифицировали фермент, называемый пероксиредоксином, который доминирует в большинстве реакций клеток человека с молекулой. Одной из многих функций этого фермента является определение изменений уровней перекиси водорода.

Затем Лангфорд модифицировал белок, добавляя к нему две флуоресцентные молекулы - зеленый флуоресцентный белок на одном конце и красный флуоресцентный белок на другом конце. Когда датчик реагирует с перекисью водорода, его форма изменяется, при этом два флуоресцентных белка сближаются. Исследователи могут определить, произошел ли этот сдвиг при сиянии зеленого света на клетки: если пероксид водорода не обнаружен, свечение остается зеленым; если присутствует перекись водорода, вместо этого датчик светится красным.

Прогнозирование успеха

Исследователи протестировали свой новый датчик в двух типах раковых клеток человека: один набор, который, как они знали, был восприимчив к редокс-препарату, называемому пиперлонгумином, а другой, который, как они знали, не был восприимчивым. Датчик показал, что уровни перекиси водорода не изменялись в резистентных клетках, но повышались в восприимчивых клетках, как ожидали исследователи.

Сайкс предусматривает два основных применения этого датчика. Один из них заключается в изучении уже существующих лекарств или соединений, которые потенциально могут быть использованы в качестве лекарственных средств, чтобы определить, имеют ли они желаемый эффект увеличения концентрации пероксида водорода в раковых клетках. Еще одно потенциальное использование заключается в скрининге пациентов, прежде чем они получат такие препараты, чтобы узнать, будут ли лекарства успешными против опухоли каждого пациента. В настоящее время Сайкс преследует оба этих подхода.

«Вы должны знать, какие раковые лекарства работают таким образом, а затем какие опухоли будут реагировать», - говорит она. «Это две отдельные, но связанные проблемы, которые необходимо решить, чтобы этот подход имел практическое влияние в клинике».

Источник: https://medicalxpress.com/news/2018-08-hydrogen-peroxide-sensing-molecule-reveals-chemotherapy.html