Експериментално лекарство превръща захарта в средство за борба с рака

Група изследователи от Тексаския университет в Остин, САЩ, разработват съединение, което нанася двустранен удар на раковите клетки като използва огромния им апетит за захар от една страна, а от друга прекъсва резервния им запас от гориво. Екипът демонстрира фундаментално различен подход, насочен към метаболизма на рака. Раковите клетки вече не гладуват, а са провокирани да приемат повече захар от обикновено. Веднага след това лекарството блокира мазнините, които са техният резервен източник на енергия. Експерименталното лекарство атакува едновременно и двата източника на гориво и така подлага раковите клетки на толкова силен стрес, че много от тях умират.

Прочуването

Проучването, което екипът публикува в Nature Chemical Biology, показва един фундаментално различен подход, насочен към метаболизма на рака. От една страна раковите клетки са принудени да консумират много повече захар, а от друга мазнините, които са резервния им източник на енергия са блокирани. Едновременната атака подлага раковите клетки на толкова силен стрес, че много от тях умират.

Доц. Шаолю Лим Анг Кеймброн, която е специалист по молекулярна биология в Тексаския университет и един от съавторите на изследването, споделя, че обича да си представя тази технология като двуглав дракон, защото: „Ние претоварваме една част от клетката, като едновременно с това отслабваме друга. Изглежда тази технология е изключително мощна.“

Факт е, че апетитът на раковите клетки към захарта е огромен, защото я използват, за да подхранят бързия си растеж. Затова учените постоянно правят опити за разработването на лекарства, които блокират метаболизма на раковите клетки и така ги лишават от захарта.

„Клетъчният метаболизъм има съществено значение за живота, защото осигурява гориво, сигнални молекули и градивни елементи, нужни за растеж, оцеляване и адаптация към колебанията в околната среда, а дисрегулацията на метаболитните пътища е отличителен белег на различни заболявания, включително рак, диабет, невродегенеративни разстройства и метаболитни синдроми. Важно е да се отбележи, че много ракови клетки приемат метаболитен фенотип с повишена зависимост от аеробна гликолиза въпреки наличието на кислород. Това метаболитно препрограмиране, известно още като ефекта на Варбург, води до повишено усвояване на глюкоза и производство на лактат като подпомага бързата клетъчна пролиферация и адаптация към среда, лишена от хранителни вещества или хипоксична среда. Въпреки че гликолитичното пренавиване улеснява растежа и оцеляването на тумора, то едновременно с това създава уязвимости, които могат да бъдат използвани терапевтично“, пишат авторите в статия с резултатите, публикувана в Nature Chemical Biology.

Експерименталното лекарство

Лекарствата, които атакуват рака с този вид молекулярна специфичност не са нови. Например, нарастващият клас съединения, наречени конюгати антитяло-лекарство (ADC), които използват антитяло, за да се насочат към раковите клетки, след което доставят полезен товар от химиотерапевтично лекарство директно към тумора. Проблемът е, че ADC имат много ограничения.

Част от причините разяснява друг от съавторите химикът доц. Кен Хсу. „Антителата са трудни за производство и заради големия си размер, те са способни да се насочат само към протеини на повърхността на раковите клетки. Разглеждаме новото съединение като изцяло химичен еквивалент на ADC. Разликата е, че то е много по-лесно за производство, а тъй като е малко, е способно да се насочи към протеини, които се намират вътре в клетката“, казва доц. Хсу.

Лекарството се състои от две части. Целевият агент е молекула, наречена XJ-4-85, която действа върху ензима PFKL и на практика ускорява разграждането на захарта вътре в раковите клетки. След като молекулата се свърже с ензима, тя освобождава своя полезен товар – съединение, което действа върху друг ензим, наречен CPT2. Той помага на клетките да разграждат мастните киселини за енергия. И като едновременно разрушава и двата основни енергийни източника на клетките, спира растежа на рака.

Как действа лекарството

Според д-р Шяодинг Джиян, който проектира молекулата, начинът, по който лекарството действа е напълно неочакван. „Необходими бяха много изследвания, за да се разбере какво прави на молекулярно ниво. Бяхме изненадани да видим колко селективно се свързва с раковите клетки“, казва постдокторантът.

От лабораторните опити става ясно, че лекарството е ефективно срещу няколко вида човешки ракови клетки – меланом, левкемия, рак на гърдата, на черния дроб, на белия дроб и невробластом. При мишките с меланом загиват повечето от раковите клетки, а здравите почти не са засегнати.

Изследователите подчертават, че изследването е все още в ранен етап и въпреки обещаващите резултати, са нужни много повече лабораторни изследвания преди лекарството да се тества върху хора.

Изследването демонстрира нов, по-широк подход за проектиране на двукомпонентни лекарства, които те наричат „електрофилно-лекарствени конюгати“ или EDC, казват учените, а според доц. Кеймброн те притежават потенциал да бъдат полезни не само за рак, но и за други заболявания.

„Пробиви като този започват с изключителна фундаментална наука, но най-голямото им въздействие е тогава, когато се превръщат в по-добра грижа за хората“, категорична е проф. Клаудия Лукинети, старши вицепрезидент по медицинските въпроси в Тексаския университет в Остин и декан на Медицинския факултет. Проф. Лукинети подчертава, че една от силните страни на университета е в съвместната работа между химици, биолози, инженери, медици и други специалисти, които създават безпроблемен път от откритието до диагнозата и лечението, а оттам и до по-доброто здраве на хората.

За доброто сътрудничество говорят и членовете на екипа, които споделят, че за да стане възможно откритието, се обединяват както множество специалисти от Тексаския университет, така и техни колеги от Вашингтонския университет в Сиатъл, Университетът в Западна Вирджиния и Изследователския институт на детските медицински центрове към Югозападния университет на Тексас.