10 April 2023, 13:30 Виталина Власова

ДНК-аптамерные метки помогли видеть глиому прямо во время операции на мозге

ДНК-аптамеры — короткие последовательности нуклеотидов — помогли ученым со 100% точностью выявлять глиому — один из наиболее опасных типов опухолей головного мозга. Созданные авторами молекулы способны находить злокачественные клетки нервной ткани, после чего благодаря метке светящегося красителя опухоль можно легко обнаружить с помощью микроскопа во время операции. Такой подход поможет удалять новообразования с высокой точностью, не задевая функциональные зоны мозга. Эксперименты показали, что аптамеры абсолютно безопасны для животных, а потому потенциально могут использоваться для точной диагностики и адресной терапии опухолей головного мозга и у человека.

В головном мозге кроме нервных клеток, передающих электрические импульсы, есть вспомогательные глиальные клетки, которые питают нейроны и создают благоприятную для их работы среду. Если эти клетки выходят из-под контроля организма и начинают бесконтрольно делиться, возникает глиальная опухоль, или глиома, — наиболее распространенный и агрессивный тип рака головного мозга. На сегодняшний день глиомы выявляют методами компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако при такой диагностике остается высоким риск не заметить на снимках небольшие новообразования, поэтому ученые разрабатывают новые подходы для точной диагностики глиомы.

Исследователи из Красноярского государственного медицинского университета (Красноярск), Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» (Красноярск), Больницы скорой медицинской помощи и онкологического центра (Красноярск) много лет разрабатывали аптамеры — короткие последовательности ДНК, — которые можно использовать для выявления глиальных опухолей. Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) помогли коллегам разработать модель человеческой опухоли мозга для тестирования препаратов на мышах. Авторы провели отбор коротких ДНК в пробирке таким образом, чтобы молекулы связывались именно с человеческой глиальной опухолью. В результате исследователи получили более двадцати тысяч ДНК длиной в 100 нуклеотидов — своего рода «букв», из которых состоят эти молекулы. Затем с помощью машинного обучения ученые выбрали и методами молекулярного моделирования улучшили те ДНК, которые по своим последовательностям представлялись лучшими кандидатами.

Оптимизированные молекулы экспериментально проверили на способность связываться с клетками целевых новообразований. В результате ученые выявили два варианта последовательностей, строго специфичных к глиальным опухолям. Эти аптамеры, обозначенные как Gli-233 и Gli-55, связывались только с глиомой, позволяя отличить ее от здоровых участков мозга и других типов опухолей.

Молекулярными методами авторы определили: аптамеры специфически связываются только с глиомой, потому что они распознают особый трансформированный участок белка тубулина, характерный только для этого типа опухоли. Тубулин формирует внутренний «каркас» всех клеток нашего организма, тем самым придавая им определенную форму. Однако в клетках глиомы в белке происходят определенные изменения, которые и распознают аптамеры.

Чтобы доказать, что с помощью аптамеров можно выявлять глиому не только в культурах клеток и образцах ткани, взятых во время операции, но и внутри живого организма, ученые использовали лабораторных мышей, в мозге которых развивалась глиальная опухоль человека. Животным ввели препарат, содержащий молекулы Gli-233 с присоединенными к ним флуоресцентными, то есть светящимися, метками. Они позволили увидеть опухоль под операционным микроскопом. Оказалось, что аптамер со 100% точностью связался с клетками опухоли и при этом не был токсичен для животных.

«Синтез аптамеров — довольно простая и дешевая технология. Однажды проведя отбор ДНК для интересующей нас мишени, мы можем сколько угодно копировать эту молекулу и присоединять к ней разные метки. Полученные в этом исследовании аптамеры связываются исключительно с клетками глиомы, позволяя распознать их абсолютно точно. Благодаря этому аптамеры помогут упростить и ускорить диагностику опухоли. Более того, короткие ДНК быстро распадаются в организме: их "съедают" специальные ферменты, поэтому с большой вероятностью предлагаемые нами молекулы безопасны не только для мышей, но и для человека», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Кичкайло, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник и заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» и лаборатории Биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ имени В.Ф. Войно-Ясенецкого.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article profiles

Mironov Vladimir
PhD in Physics and Mathematics
Lomonosov Moscow State University
Lomonosov Moscow State University
54 publications,  1 273 citations
h-index: 12
Moryachkov Roman
PhD in Physics and Mathematics
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
15 publications,  57 citations
h-index: 5
Research interests
Interaction of X-ray, synchrotron radiation and neutrons with condensed matter
Molecular Physics
Molecular biology
Synchrotron radiation
Lapin Ivan
24 publications,  200 citations
h-index: 8
Kichkailo Anna
DSc in Biological/biomedical sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
77 publications,  1 389 citations
h-index: 21
Dymova Maya
14 publications,  62 citations
h-index: 5
Tomilin Felix
20 publications
h-index: 0
Lukyanenko Kirill
12 publications
h-index: 0
Glazyrin Yury
7 publications
h-index: 0
Shchugoreva I
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
15 publications,  63 citations
h-index: 4
Artyushenko P
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
25 publications,  76 citations
h-index: 5
Morozov D
10 publications
h-index: 0
Ozerskaya Anastasia
5 publications
h-index: 0
Tokarev Nikolay
4 publications
h-index: 0
Sokolov Alexey
5 publications
h-index: 0
Smolyarova Tatiana
5 publications
h-index: 0
Zamay T
10 publications
h-index: 0
Morozov Evgeny
🥼
PhD in Physics and Mathematics
Institute of Chemistry and Chemical Technology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Institute of Chemistry and Chemical Technology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Kirensky Institute of Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Kirensky Institute of Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
32 publications,  413 citations
h-index: 9
Research interests
Colloidal chemistry
Electrolytes
NMR spectroscopy
Oil dispersion systems
Polymer composites

News article labs

News article organizations

Kirensky Institute of Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
KIP SB RAS
 Russia, Krasnoyarsk
1 lab9 researchers
5 236 publications61 030 citationsh-index: 93
Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
ICBFM SB RAS
 Russia, Novosibirsk
2 labs15 researchers
3 413 publications50 077 citationsh-index: 80
Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University
KrasSMU
 Russia, Krasnoyarsk
1 researcher
2 438 publications9 334 citationsh-index: 43
National Research Centre "Kurchatov Institute"
NRC KI
 Russia, Moscow
4 labs68 researchers
23 121 publications274 422 citationsh-index: 164
Siberian Federal University
SibFU
 Russia, Krasnoyarsk
13 researchers
11 102 publications75 858 citationsh-index: 97
Tomsk State University
TSU
 Russia, Tomsk
19 researchers
24 212 publications192 104 citationsh-index: 124
FSRC "Crystallography and photonics" of NRC «Kurchatov Institute»
FSRC CP NRC KI
 Russia, Moscow
4 labs23 researchers
4 380 publications31 176 citationsh-index: 57
Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center" of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
FRC KSC SB RAS
 Russia, Krasnoyarsk
2 labs8 researchers
3 783 publications30 045 citationsh-index: 70
Federal Siberian Research Clinical Center under FMBA of Russia
FSRCC FMBA of Russia
 Russia, Krasnoyarsk
129 publications344 citationsh-index: 10

News article publications

Read also

Соседние с опухолью клетки отличаются от здоровых клеток человеческого тела
Международный коллектив представил результаты исследования о воздействии раковых образований на соседние ткани. Ранее это воздействие детально не изучалось. Полученные данные помогут разработать более эффективные методы лечения онкологических заболеваний и создать лекарственные препараты нового поколения.
Cancer Research
Cell Biology
Molecular Biology
Oncology
24 January 2024
Присутствие фтора повлияло на противораковую активность аналогов куркумина
Ученые определили пространственную структуру молекул синтетических аналогов куркумина — природного соединения с противоопухолевой активностью. Синтетические аналоги предпочтительнее самого куркумина, поскольку они лучше усваиваются в человеческом организме. Авторы выяснили, что введение атома фтора в исследуемые соединения приводит к изменению их пространственной структуры, что может быть связано с повышенной противораковой активностью. Полученные данные будут полезны при разработке новых лекарственных препаратов для борьбы с онкологическими заболеваниями.
Molecular Biology
Oncology
Structural Biology
5 January 2024
Биологи изучили динамику важного для регуляции генома димера гистоновых белков
Оказалось, большую роль играет изгибание как самого димера, так и ДНК, с которой он взаимодействует
Molecular Biology
Molecular modeling
26 May 2023
Чинят больше, но хуже: ученые опровергли ключевой механизм развития рака
Онкозаболевания связаны с нестабильностью генома, и ранее предполагалось, что дело в неработающих системах восстановления ДНК. Новая работа продемонстрировала, что с ними все в порядке и они даже работают интенсивнее, а проблема в контроле качества
Genomics
Molecular Biology
Oncology
17 February 2023
Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК
Эксперименты российского ученого показали, что для этого даже не обязательна комплементарность цепочек нуклеиновой кислоты — достаточно относительно слабых взаимодействий между ними
Genetics
Molecular Biology
Molecular modeling
19 January 2023
Ученые продемонстрировали увеличение внутриопухолевого накопления и усиление противоопухолевого эффекта, используя стратегию двойного нацеливания
Стратегия одновременного двойного нацеливания на два разных участка опухолевой ткани может способствовать увеличению накопления лекарственных препаратов в раковых клетках как для терапевтических, так и для диагностических целей.
Drug Design
Molecular Biology
Oncology
10 July 2022