Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка прототипов препаратов для противоопухолевой терапии на основе антимикробных пептидов молекулярных факторов системы врожденного иммунитета

Докладчик: Овчинникова Татьяна Владимировна

Должность: руководитель НОЦ, Руководитель Научно-образовательного центра ИБХ РАН

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение проблемы повышения эффективности методов химиотерапии при лечении социально значимых онкологических заболеваний. 2. Целью реализуемого проекта является разработка новых препаратов для противоопухолевой терапии на основе антимикробных пептидов. Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов прикладных научных исследований, будут являться экспериментальные образцы прототипов противоопухолевых препаратов на основе рекомбинантных аналогов антимикробных пептидов. По результатам исследований, полученным при выполнении проекта, будет отобрано не менее двух перспективных прототипов препаратов для лечения онкологических заболеваний.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные практические результаты проекта: созданы плазмидные экспрессирующие конструкции и штаммы-продуценты рекомбинантных антимикробных пептидов (АМП) и их аналогов; получены рекомбинантные аналоги целевых АМП. Проводится сравнительный анализ противоопухолевой активности, эффективности и безопасности полученных рекомбинантных АМП в условиях in vitro в отношении нормальных и опухолевых клеток, в результате чего будет отобрано не менее двух прототипов препаратов для противоопухолевой терапии. Будут исследованы механизмы противоопухолевого действия отобранных прототипов противоопухолевых препаратов на основе АМП. Будет проведена оценка эффективности и безопасность отобранных прототипов противоопухолевых препаратов на основе АМП в условиях in vivo на животных моделях.

В отчетный период проведен детальный анализ литературных данных на основе самых современных отечественных и зарубежных источников. Проведен патентный поиск по ключевым словам, рубрикам МПК, именам изобретателей, названиям организаций-патентовладельцев. Проведен анализ более 3 тысяч патентных документов. Выявлены основные тенденции развития патентной ситуации. Сконструированы все необходимые экспрессионные конструкции, несущие последовательности изучаемых в работе природных антимикробных пептидов и их аналогов. Получены штаммы-продуценты целевых пептидов. Выделен и охарактеризован ряд новых АМП из лейкоцитов русского осетра Acipenser gueldenstaedtii, на мазках крови русского осетра проведено гистохимическое выявление аципенсинов. Полученные в отчетный период результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту и создают предпосылки для успешного продолжения работы по проекту.

2. Основным планируемым результатом проекта станет лабораторный регламент получения прототипов препаратов для лечения онкологических заболеваний на основе антимикробных пептидов. В рамках проекта запланировано получение инновационной продукции в виде экспериментальных образцов прототипов противоопухолевых препаратов. Будут разработаны биотехнологические способы получения отобранных патентно чистых прототипов препаратов, что позволит получить охраноспособные РИД на следующих этапах работы. Научно-техническая продукция будет включать также предложения по реализации и внедрению результатов ПНИ, а также по производству разработанных прототипов препаратов с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.

3. Антимикробные пептиды относятся к числу наиболее значимых компонентов врожденной иммунной системы. Открытие противоопухолевых свойств антимикробных пептидов, эффективности и селективности их цитотоксического действия позволяет рассматривать их в качестве прототипов для создания новых противоопухолевых препаратов. Оригинальная химическая структура новых терапевтически ценных противоопухолевых веществ, а также новизна способа их получения позволит защитить их патентами, а также сделать объектами интеллектуальной собственности полученные в ходе выполнения проекта штаммы-продуценты и разработанные технологии получения прототипов противоопухолевых препаратов.

4. В современной научной литературе по изучению свойств антимикробных пептидов показана их итотоксическая активность в отношении различных типов опухолевых клеток, однако, при этом подчеркивается, что некоторые пептиды имеют избирательное токсическое действие в отношении малигнизированных клеток, в то время как другие повреждают как трансформированные, так и нормальные клетки. Селективность действия ряда пептидов особенностями их структуры и различиями в составе мембран нормальных и трансформированных клеток, а также бόльшей текучестью мембран опухолевых клеток по сравнению с нормальными. На поверхности некоторых типов малигнизированных клеток имеются микроворсинки, что увеличивает площадь поверхности клеток и предоставляет больше сайтов связывания для антимиробных пептидов. Однако, исследованию молекулярных механизмов цитотоксической активности пептидов в отношении эукариотических клеток посвящено значительно меньше работ, чем изучению их антимикробного действия, поэтому до настоящего времени механизмы противоопухолевого действия антимиробных пептидов остаются невыясненными, а опубликованные данные часто носят противоречивый характер. В большинстве работ утверждается, что механизм цитотоксической активности антимикробных пептидов связан с повреждением цитоплазматических мембран клеток, приводящим к быстрой клеточной гибели по пути некроза. В то же время, в ряде работ сообщается о том, что антимикробные пептиды способны индуцировать апоптоз клеток-мишней. В рамках данного проекта будет проведено исследование механизмов противоопухолевого действия отобранных прототипов противоопухолевых препаратов на основе антимикробных пептидов.

5. Несмотря на наличие в арсенале клинической медицины десятков противоопухолевых препаратов, эффективность большинства из них недостаточна, а спектр онкологических заболеваний, чувствительных к химиотерапии, ограничен. Существенными недостатками химиотерапевтического подхода являются развитие резистентности опухолевых клеток, а также токсичность многих препаратов для здоровых клеток. Механизмы резистентности к противоопухолевым средствам сходны с теми, которые обеспечивают устойчивость микроорганизмов к антибиотикам: создание барьеров на пути лекарства внутрь клетки, модификация структуры молекул-мишеней и метаболических каскадов (в первую очередь, блокирование запуска апоптоза), инактивация молекул лекарства, репарация поврежденных структур, активный выброс действующего вещества из опухолевой клетки с помощью эффлюксных насосов. В свете вышесказанного чрезвычайно актуальной является проблема разработки противоопухолевых препаратов селективного действия, не вызывающих формирования резистентности со стороны клеток-мишеней.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Областями применения планируемых результатов являются биотехнология и медицина. Полученные результаты могут быть использованы для разработки новых лекарственных средств, способных повысить эффективность существующих в настоящее время методов химиотерапии в лечении социально значимых онкологических заболеваний. Наряду с созданием монокомпонентных препаратов, возможно использование исследуемых веществ в комбинации с уже известными цитостатиками. В ходе выполнения проекта будут получены результаты, на основании которых могут быть составлены рекомендации для разработки новых противоопухолевых средств на основе антимикробных пептидов. Разработки в данной сфере стимулируются интересами фармацевтических компаний, обусловленными высоким уровнем неудовлетворенного спроса на лекарственные средства данной группы.
2. Онкологические заболевания являются одной из основных причин человеческой смертности в современном мире. К числу главных факторов распространения онкологических заболеваний относят демографические и экологические изменения, произошедшие на протяжении последнего столетия. По оценкам ВОЗ, к 2030 г. заболевания этой группы будут уносить ежегодно 13 миллионов человеческих жизней. Современные методы лечения – хирургия, химиотерапия, лучевая и гормональная терапия как минимум в половине случаев не приводят к ремиссии. Приблизительно треть новых лекарственных средств, одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в течение последних двух лет (12 из 39 в 2012 г., 9 из 27 в 2013 г.) – это противоопухолевые препараты. Среди кандидатов на роль противоопухолевых средств нового поколения рассматриваются молекулярные факторы системы врожденного иммунитета человека и животных, в том числе антимикробные пептиды. Возможные потребители ожидаемых научных результатов – представители наукоёмкого бизнеса и другие организации, занимающиеся разработкой, доклиническими и клиническими исследованиями новых лекарственных препаратов, а также биотехнологическим производством препаратов белково-пептидной природы.

3. В настоящее время существуют различные подходы к лечению онкологических заболеваний, основными являются следующие: хирургическое удаление опухолей, лучевая терапия, применение химиотерапевтических препаратов и применение молекулярно направленных таргетных препаратов. В результате применения первых трёх методов у пациентов нередко проявляются серьёзные побочные эффекты, в то время, как терапевтических эффект может оставаться неудовлетворительным. Хирургическое лечение не всегда представляется возможным, не все опухоли являются одинаково чувствительными к лучевой терапии, а последствия и побочные эффекты этих способов лечения являются весьма тяжёлыми. Химиотерапевтические препараты действуют не только на клетки опухоли, но и на здоровые, активно делящиеся клетки организма, поэтому они вызывают анемию, угнетение иммунитета, негативно влияют на функцию пищеварительной и репродуктивной систем. Проблема состоит также в том, что и к химиотерапевтическим препаратам, и к более современным молекулярно направленным средствам может развиваться устойчивость опухолей, что делает лечение неэффективным. Механизмы резистентности опухоли в организме могут проявляться в отношении препаратов различных классов, возникать различными путями и делать большое количество опухолей нечувствительными к терапии. Эти механизмы могут присутствовать в опухоли изначально, а могут возникать в процессе её развития. Возникает необходимость поиска соединений для создания противоопухолевых препаратов, которые действовали бы селективно и эффективно на различные виды рака и при этом не были бы подвержены воздействию ныне известных механизмов устойчивости.

Антимикробные пептиды – перспективная группа соединений-кандидатов для создания противоопухолевых препаратов. Главные достоинства АМП как противоопухолевых агентов – высокая селективность, меньшая токсичность по отношению по сравнению с классическими химиотерапевтическими агентами к нормальным клеткам и меньшая вероятность развития механизмов резистентности к противоопухолевой терапии. Модификации АМП позволяют существенно изменять их фармакологические и фармакокинетические характеристики потенциальных препаратов на основе этих пептидов. Изучение механизмов действия АМП на клетки млекопитающих позволит рационально получать новые пептиды с заданными свойствами, такими как специфичность и механизм индуцируемой клеточной гибели. Полученные результаты могут стать основой для разработки противоопухолевых препаратов нового поколения. Создание противоопухолевых препаратов пептидной природы позволит уменьшить токсичность химиотерапии, увеличить выживаемость и улчшить качество жизни онкобольных.

Текущие результаты проекта:
В отчетный период проведен детальный анализ литературных данных на основе самых современных отечественных и зарубежных источников. Проведен патентный поиск по ключевым словам, рубрикам МПК, именам изобретателей, названиям организаций-патентовладельцев. Проведен анализ более 3 тысяч патентных документов. Выявлены основные тенденции развития патентной ситуации. Сконструированы все необходимые экспрессионные конструкции, несущие последовательности изучаемых в работе природных антимикробных пептидов и их аналогов. Получены штаммы-продуценты целевых пептидов. Выделен и охарактеризован ряд новых АМП из лейкоцитов русского осетра Acipenser gueldenstaedtii, на мазках крови русского осетра проведено гистохимическое выявление аципенсинов. Полученные в отчетный период результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту и создают предпосылки для успешного продолжения работы по проекту.