ДНК-аптамеры помогут диагностировать опухоль головного мозга

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.