При химиотерапии медикаменты вводятся внутривенно и оказывают влияние на весь организм, что приводит к выпадению волос, ослаблению костных тканей, расстройствам кишечника. Столь тяжелых последствий можно было бы избежать, доставляя препараты с помощью микроскопических внеклеточных везикул (пузырьков) под названием экзосомы. Усовершенствованием такой процедуры занимаются ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Статья об этом была опубликована в журнале Biochimie Open.
В изучении экзосом есть два главных направления: диагностика и адресная доставка лекарств. Только к 2007 году стало известно, что во внеклеточных везикулах, помимо прочего, содержатся микроРНК — молекулы, регулирующие активность огромного количества генов. Так как микроРНК и другие нуклеиновые кислоты могут быть маркерами разных заболеваний, ученые проявляют большой интерес к экзосомам: в частности, за последние 10 лет количество посвященных им статей увеличилось более чем в 10 раз.
В 2013 году появился термин «жидкая биопсия», — рассказывает кандидат биологических наук Сергей Седых. — Врачи берут образец крови, выделяют оттуда маркерные нуклеиновые кислоты и говорят, что происходит с раковой опухолью на данном этапе. Человеку, получающему химиотерапию, каждый день делают анализ крови, так что по нему можно было бы «в реальном времени» смотреть, как ведет себя опухоль: увеличивается, уменьшается, метастазирует… Подобное вмешательство является менее стрессовым для организма, нежели обычная биопсия.
Другое направление — адресная доставка — изучается в том числе как усовершенствование процедуры химеотерапии: чтобы лекарство попадало только в опухолевые клетки-мишени, не затрагивая другие активно делящиеся клетки. Так как препараты для этого стоят дорого и оказывают стрессовое влияние на организм (в частности, выводятся клетками печени, которые тоже от этого страдают), адресная доставка позволяет снизить количество вводимого лекарства и повысить эффективность терапии.
Экзосомы могут выделяться из различных биологических жидкостей: мочи, слюны, молока… Последние не годятся для диагностики, но как нельзя лучше подходят для адресной доставки. Сибирские ученые из ИХБФМ СО РАН первыми в мире выделили экзосомы из молока лошади: в молочной железе млекопитающих хорошо представлены компоненты, ответственные за выработку внеклеточных пузырьков.
Мы взяли лошадиное молоко, потому что это менее изученный источник экзосом, в отличие от человеческого и коровьего, — рассказывает студентка 1 курса магистратуры факультета естественных наук НГУ Лада Пурвиньш. — Также мы доработали технологию выделения экзосом: для более «чистого» результата добавили к стандартной процедуре новую стадию.
Обычный протокол получения экзосом включает в себя центрифугирование, ультрафильтрацию и ультрацентрифугирование. Исследователи ИХБФМ СО РАН под руководством профессора Георгия Александровича Невинского выяснили, что после такой обработки в препаратах обнаруживаются примесные белки. Тогда они решили ввести новую стадию очистки, в ходе которой молекулы веществ разделяются по размеру. Благодаря этому препараты получились намного чище — причем такая модернизация эффективна не только в случае экзосом молока лошади.
На данном этапе у нас, скорее, идет работа над универсальной технологией выделения внеклеточных пузырьков, потому что это очень сложная методика, — добавляет Лада Пурвиньш. — Внедрить экзосомы в качестве диагностических маркеров непросто: в клиниках нет ультрацентрифуг, так как это дорогостоящее оборудование. Мы придумываем, как сделать это проще и доступнее.
Ученые планируют работать и с другими видами молока: в частности, с человеческим и коровьим. Однако при использовании последнего есть свои сложности: в связи с тем, что Европа пережила вспышку коровьего бешенства, молоко оттуда использовать нельзя. Молоко российских коров также не рассматривается иностранными фармкомпаниями в качестве источника биологически активных соединений из соображений безопасности.
Возможно, лошадиное молоко и в этом отношении имеет определенные преимущества, — добавляет Сергей Седых. — Кроме того, у многих людей есть аллергия на молоко коровы, но нет на молоко лошади. Следует отметить, что недавно появилось несколько работ, где для адресной доставки лекарственных препаратов используют экзосомы молока коровы, которые прекрасно поглощаются макрофагами и опухолевыми клетками человека. Вероятно, экзосомы — это универсальные везикулы, которые несут на своей поверхности общие маркеры, и в дальнейшем внеклеточными пузырьками молока животных можно будет лечить даже людей.
