В фокусе СКИФ: Молекулярные пазлы терапии и диагностики — различия между версиями
| Строка 27: | Строка 27: | ||
Несмотря на то, что принцип работы аптамеров, действительно, прост и универсален, для того, чтобы «превратить» аптамер в эффективное лекарство или диагностический сенсор, необходимо знать его трехмерную структуру, которая зависит не только от состава молекулы, распределения положительных и отрицательных зарядов, но и от среды, в которой она находится. Единственным способом точно определить состав и расположение атомов в молекуле – метод малоуглового рентгеновского рассеяния с использованием синхротронного излучения. | Несмотря на то, что принцип работы аптамеров, действительно, прост и универсален, для того, чтобы «превратить» аптамер в эффективное лекарство или диагностический сенсор, необходимо знать его трехмерную структуру, которая зависит не только от состава молекулы, распределения положительных и отрицательных зарядов, но и от среды, в которой она находится. Единственным способом точно определить состав и расположение атомов в молекуле – метод малоуглового рентгеновского рассеяния с использованием синхротронного излучения. | ||
| − | На данный момент в России нет возможности исследовать структуру таких объектов. Эти задачи | + | На данный момент в России нет возможности исследовать структуру таких объектов. Эти задачи нам приходится решать на зарубежных синхротронах, что существенно усложняет и замедляет разработку новых продуктов. Сейчас мы выступаем одним из инициаторов и проектировщиков станции второй очереди «БиоМУРР» синхротронного источника СКИФ. Эта станция предназначена для исследования биологических макромолекул в растворе, в условиях, близких к физиологическим. Когда мы разрабатываем лекарственные препараты, нам важно, чтобы они эффективно работали в организме человека, поэтому важно знать поведение молекулы под влиянием внешних условий среды, таких как ионный состав раствора, температура, давление, pH. Эта станция очень полезна для биологов, врачей и фармкомпаний. Мы хотим сделать станцию самой лучшей в мире, чтобы именно к нам из-за границы приезжали ученые, чтобы можно было получать максимально полную информацию о биологических объектах. |
Помимо будущей станции «БиоМУРР» ученые планируют проводить исследования на станциях первой очереди – «Микрофокус», «Сруктурная диагностика», «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне». | Помимо будущей станции «БиоМУРР» ученые планируют проводить исследования на станциях первой очереди – «Микрофокус», «Сруктурная диагностика», «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне». | ||
Текущая версия на 15:31, 30 марта 2026
30.03.2026
Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ) часто сравнивают с гигантским микроскопом или рентгеновским аппаратом, еще более точная метафора – цифровая видеокамера с бесконечным зумом. СКИФ уникален тем, что в его «фокусе» могут оказаться самые разные объекты – современные материалы и древние папирусы, полупроводники и катализаторы, окаменелые останки древних животных и инновационные лекарственные препараты. Сегодня мы расскажем об интересном и очень перспективном объекте синхротронных исследований – о молекулах аптамерах, которые, благодаря своему уникальному строению могут распознавать и атаковать самых опасных врагов человечества – злокачественные клетки, вирусы и бактерии.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» уже два десятилетия исследуют эти диагностические и терапевтические молекулы. Доктор биологических наук, заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководитель лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Анна Кичкайло рассказала о том, как работают аптамеры, какие перспективы они открывают перед медициной завтрашнего дня, и как запуск СКИФ облегчит труд ученых и приблизит медицинское «завтра».
Анна Сергеевна, расскажите, что такое аптамеры, и почему они интересны ученым?
Аптамеры – это одноцепочечные короткие фрагменты молекул ДНК или РНК, обладающие трехмерной структурой. Именно благодаря своей структуре они, подобно кусочкам пазла, способны связываться с мишенями, которые подходят им по форме. Этот принцип в молекулярной биологии называют взаимодействием «ключ – замок». Такая способность делает аптамеры детальками молекулярного конструктора для перспективной диагностики и терапии практически любых заболеваний, ведь теоретически аптамер можно подобрать к любой мишени.
Принцип подбора «идеальной» молекулы прост. Существующая библиотека аптамеров насчитывает порядка триллиона молекул. Все эти молекулы синтезируются и смешиваются в одной пробирке вместе с молекулярными мишенями, к которым подбирается аптамер. Молекулы, не связавшиеся с мишенями, как и молекулы, связавшиеся с нецелевыми мишенями, удаляются. А те, которые связались с целевыми мишенями копируются в большом количестве с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Причем при копировании полимераза сознательно допускает ошибки, еще больше повышая специфичность аптамера. Так, за несколько раундов селекции ученые получают несколько самых перспективных молекул. Этот принцип называется эволюцией в пробирке. Отобранные кандидатные молекулы исследуются на источнике синхротронного излучения. Точное знание их структуры позволяет ученым создавать на их основе диагностические и терапевтические препараты.
С какими болезнями в перспективе помогут бороться эти молекулы?
Использование аптамеров открывает широкие перспективы для терапии и диагностики заболеваний самой разной природы – онкологических, вирусных, бактериальных, аутоиммунных, неврологических. В сотрудничестве с различными медицинскими организациями мы разработали несколько типов препаратов на основе аптамеров для борьбы с онкологическими заболеваниями. Один такой препарат уже потенциально готов для использования в хирургии для визуализации злокачественных клеток головного мозга прямо во время операции. Аптамер с присоединенным к нему контрастным агентом «узнает» опухолевые клетки и буквально подсвечивает их. Так, хирург имеет возможность удалить образование целиком, существенно повысив шансы пациента на восстановление. Для сложных случаев, когда клетки опухоли находятся в труднодоступных участках мозга или в опасной близости от магистральных сосудов, питающих головной мозг, ученые усовершенствовали технологию и создали наноскальпели. Аптамеры наносятся на крохотные нанодиски, которые направляются непосредственно в клетки опухоли и под действием магнитного поля разрушают их изнутри. Партнер исследователей - АО НПП «Радиосвязь» - готовится к промышленному производству наноскальпелей и созданию линии синтеза аптамеров. В этом году ученые рассчитывают начать доклинические испытания. Для более радикальных операций планируется использовать более крупные наночастицы, которые будут перемещаться по кровотоку, находить метастазы и разрушать их. Эффективность этого метода была уже показана на лабораторных мышах. Кроме того, мы работаем над усовершенствованием лучевой терапии онкозаболеваний.
Благодаря аптамерам надеемся таргетно доставлять радионуклиды прямо внутрь клеток опухоли и разрушать их изнутри, повысив эффективность терапии и снизив ее токсичное воздействие на здоровые ткани. Помимо онкозаболеваний, аптамеры позволяют создать новые препараты от эпилепсии, вирусных и бактериальных заболеваний. Также молекулы потенциально могут существенно ускорить процесс регенерации тканей – восстанавливать поврежденные костные, хрящевые ткани и даже зубы.
Как синхротронное излучение помогает вам в этой работе? И какие у вас ожидания от запуска СКИФ?
Несмотря на то, что принцип работы аптамеров, действительно, прост и универсален, для того, чтобы «превратить» аптамер в эффективное лекарство или диагностический сенсор, необходимо знать его трехмерную структуру, которая зависит не только от состава молекулы, распределения положительных и отрицательных зарядов, но и от среды, в которой она находится. Единственным способом точно определить состав и расположение атомов в молекуле – метод малоуглового рентгеновского рассеяния с использованием синхротронного излучения.
На данный момент в России нет возможности исследовать структуру таких объектов. Эти задачи нам приходится решать на зарубежных синхротронах, что существенно усложняет и замедляет разработку новых продуктов. Сейчас мы выступаем одним из инициаторов и проектировщиков станции второй очереди «БиоМУРР» синхротронного источника СКИФ. Эта станция предназначена для исследования биологических макромолекул в растворе, в условиях, близких к физиологическим. Когда мы разрабатываем лекарственные препараты, нам важно, чтобы они эффективно работали в организме человека, поэтому важно знать поведение молекулы под влиянием внешних условий среды, таких как ионный состав раствора, температура, давление, pH. Эта станция очень полезна для биологов, врачей и фармкомпаний. Мы хотим сделать станцию самой лучшей в мире, чтобы именно к нам из-за границы приезжали ученые, чтобы можно было получать максимально полную информацию о биологических объектах.
Помимо будущей станции «БиоМУРР» ученые планируют проводить исследования на станциях первой очереди – «Микрофокус», «Сруктурная диагностика», «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне».
