Oamenii de știință determină celulele canceroase să producă medicamentele care le ucid

Oamenii de știință au dezvoltat o nouă strategie promițătoare de combatere a cancerului, care utilizează monoxidul de carbon produs în mod natural de celulele tumorale pentru a produce medicamente puternice chiar în interiorul celulelor canceroase. Primele experimente de laborator sugerează că această tehnică ar putea ataca selectiv cancerul, fără a afecta celulele sănătoase, deschizând astfel calea către alternative mai sigure la chimioterapie.

---

Cercetătorii din Japonia au dezvoltat o metodă inovatoare de a transforma o substanță chimică produsă de celulele canceroase într-o armă împotriva acestora. În loc să administreze medicamente toxice în întregul organism, abordarea lor experimentală utilizează monoxidul de carbon eliberat de celulele canceroase pentru a produce compuși anticanceroși direct în interiorul celulelor.

Cercetarea, condusă de Katsunori Tanaka la Institutul de Cercetare Pionieră RIKEN (PRI) din Japonia, a fost publicată în Nature Communications.

În cadrul experimentelor de laborator, echipa a demonstrat că un compus special conceput poate declanșa producția de medicamente în interiorul celulelor canceroase fără a genera aceleași substanțe toxice în celulele sănătoase. Deși tehnica se află încă într-un stadiu incipient, aceasta ar putea oferi, în cele din urmă, o modalitate de a ataca tumorile, reducând în același timp efectele secundare nocive asociate tratamentelor convenționale împotriva cancerului.

Folosirea propriului gaz toxic al cancerului împotriva acestuia

Una dintre cele mai mari provocări în tratamentul cancerului este distrugerea celulelor maligne fără a afecta țesutul sănătos. Chimioterapia tradițională poate provoca efecte secundare grave, deoarece efectele sale toxice nu se limitează întotdeauna la tumori. Tanaka și alți cercetători studiază strategii mai selective care ar putea face tratamentele împotriva cancerului mai sigure.

Obiectivul lor pe termen lung este de a înlocui administrarea directă a medicamentelor toxice cu compuși relativ inofensivi, care devin activi abia după ce pătrund în celulele canceroase. Acești compuși ar utiliza substanțe deja prezente în interiorul tumorilor pentru a genera medicamente terapeutice exact acolo unde este nevoie de ele.

Monoxidul de carbon oferă o oportunitate interesantă pentru această abordare. Deși este cunoscut mai ales ca un gaz otrăvitor produs de surse precum motoarele pe benzină, monoxidul de carbon este generat în mod natural și de multe tipuri de celule canceroase. Deoarece tumorile pot produce cantități neobișnuit de mari de gaz, acesta poate servi drept marker biologic util pentru identificarea celulelor canceroase, cu condiția să poată fi detectat.

Cercetătorii de la Laboratorul de Chimie Sintetică Biofuncțională al RIKEN au investigat dacă pot exploata această diferență. Strategia lor a implicat introducerea unui catalizator metalic în celule și utilizarea excesului de monoxid de carbon din celulele canceroase pentru a declanșa o reacție chimică care produce un compus toxic. În principiu, reacția ar avea loc în principal în celulele canceroase, unde este disponibil suficient monoxid de carbon, fără a afecta celulele normale.

Protejarea catalizatorului în interiorul celulelor canceroase

Pentru ca sistemul să funcționeze, cercetătorii au apelat la o clasă de compuși cunoscuți sub numele de paladacicli. Acești compuși care conțin metale pot reacționa cu monoxidul de carbon pentru a produce o moleculă organică numită fenantridinonă. Anumiți derivați ai fenantridinonei sunt toxici pentru celule și au fost deja încorporați în medicamente anticanceroase.

Cu toate acestea, exista un obstacol major. Atunci când paladaciclii sunt introduși direct în celule, substanțe precum glutationul dezactivează rapid catalizatorul central de paladiu al acestora. Fără un catalizator activ, reacția nu poate produce medicamentul dorit.

Echipa lui Tanaka a abordat această problemă bazându-se pe lucrările sale anterioare privind utilizarea catalizatorilor metalici pentru a realiza reacții chimice în sisteme vii. Cercetătorii au încorporat un paladaciclu în albumină, o proteină întâlnită frecvent în sânge. Acest vector proteic protector permite complexului să circule prin fluxul sanguin, protejând în același timp catalizatorul de paladiu de substanțele care, altfel, l-ar dezactiva după pătrunderea în celule.

Testele de laborator relevă producția selectivă de medicamente

Oamenii de știință și-au evaluat sistemul printr-o serie de experimente. Au început prin a testa diferite paladacicli pentru a identifica care dintre aceștia ar putea genera cea mai mare cantitate de fenantridinonă.

Apoi, au expus celule canceroase umane cultivate din ficat, col uterin, sân și plămâni la complexul format din albumină și paladaciclu timp de 48 de ore. De asemenea, au testat compusul pe o linie celulară necanceroasă pentru a determina dacă aceeași reacție chimică ar avea loc și în celulele sănătoase.

După 48 de ore, cercetătorii au detectat fenantridinonă în liniile celulare canceroase, dar nu și în celulele normale. Rezultatele au indicat că albumina, în calitate de purtător, a protejat cu succes catalizatorul de glutation și că reacția chimică a avut loc selectiv în celulele canceroase în condițiile testate.
Echipa a perfecționat apoi sistemul astfel încât compusul nou format să se poată separa de purtător și să se deplaseze liber în interiorul celulei.

Modificări suplimentare au permis reacției să genereze un derivat al fenantridinonei deosebit de toxic, utilizat deja în medicamentele anticanceroase.

Când cercetătorii au introdus acest sistem modificat în celule canceroase hepatice cultivate, au observat formarea compusului anticanceros în interiorul celulelor. Ulterior, celulele au prezentat semne de deteriorare cauzate de medicamentul toxic, oferind dovada că această abordare ar putea genera o substanță de combatere a cancerului direct în ținta vizată.

De ce medicamentul experimental nu s-a format în sânge

O preocupare importantă legată de siguranță o reprezenta monoxidul de carbon deja prezent în fluxul sanguin. Dacă acel gaz ar fi declanșat reacția chimică înainte ca compusul să ajungă la celulele canceroase, medicamentul rezultat ar fi putut afecta celulele sanguine în loc de ținta vizată.

Din fericire, testele de laborator au arătat că medicamentul toxic nu a fost produs în sânge. Cercetătorii consideră că acest lucru se datorează faptului că monoxidul de carbon din fluxul sanguin este în mare parte legat de hemoglobină, proteina responsabilă de transportul oxigenului. În această formă legată, gazul pare să nu fie disponibil pentru reacția necesară producerii medicamentului.

Descoperirea sugerează că sistemul ar putea să circule prin sânge fără a genera prematur substanțe nocive, deși vor fi necesare studii suplimentare pentru a stabili siguranța sa în organismele vii.

„Această lucrare reprezintă un progres important în chimia sintetică terapeutică in vivo”, afirmă Tanaka. „În strategia noastră terapeutică, moleculele prezente în mod natural sau generate în interiorul organismului — inclusiv metaboliții asociați cu boala — sunt utilizate ca materii prime chimice endogene pentru a sintetiza molecule terapeutice direct la locul afecțiunii.”

Cercetătorii intenționează acum să treacă dincolo de celulele cultivate și să testeze această abordare pe modele animale. Dacă experimentele viitoare vor avea succes, tehnologia ar putea contribui la crearea unei noi clase de tratamente împotriva cancerului care exploatează chimia tumorilor pentru a produce medicamente direct la locul afecțiunii, limitând potențial leziunile țesutului sănătos.