Свет лечит, а точность спасает: новый метод показывает, как лекарство работает на уровне атомов

Российские учёные предложили новый способ подбора лекарств для фотодинамической терапии рака — метода, при котором опухолевые клетки уничтожаются под воздействием света.

Команда Новосибирского государственного университета (НГУ) совместно с Международным томографическим центром СО РАН и РТУ МИРЭА разработала комбинированный подход, позволяющий с атомарной точностью определить, как молекулы лекарств взаимодействуют с белками крови.

Почему это важно для онкологии

В организме лекарства не действуют напрямую — они связываются с белками плазмы, главным из которых является сывороточный альбумин. Этот белок транспортирует вещества по крови, регулируя их распределение и концентрацию. Если препарат слишком сильно "прилипает" к альбумину, его активная форма не достигает опухоли. Если связь слишком слабая, вещество быстро разрушается и теряет эффективность.

"Чтобы создать эффективное лекарство, нужно понимать, на какой участок белка прикрепляются его молекулы. Это поможет прогнозировать действие, побочные эффекты и возможную устойчивость у пациентов", — объяснил один из авторов исследования Михаил Колоколов, слова которого приводит пресс-служба НГУ.

Ранее существовавшие методы измеряли эти параметры приблизительно, давая лишь усреднённые значения. Новосибирским учёным удалось добиться атомарной точности, что позволяет буквально "увидеть", как действующее вещество взаимодействует с белком.

Почему эта точность имеет значение? Потому что различие в положении молекулы на белке способно полностью изменить её поведение: от терапевтического эффекта до токсичности.

Как работает новый подход

Исследователи объединили методы молекулярного моделирования с данными электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Эта технология фиксирует, как молекулы поглощают микроволновое излучение, что позволяет реконструировать их структуру и взаимное расположение атомов.

А что именно нового предложили новосибирцы? Они научились совмещать расчётные модели с экспериментальными данными, определяя расстояние между атомами в молекулах альбумина и лекарственных веществ. Это позволяет точно определить место, где лекарство "садится" на белок, и рассчитать силу связи.

Такой комбинированный подход впервые даёт возможность прогнозировать, как лекарство поведёт себя в крови конкретного пациента, и подбирать соединения с оптимальной активностью.

Фотодинамическая терапия: точечный удар по опухоли

Учёные применили метод на примере фотосенсибилизаторов - веществ, которые накапливаются в раковых клетках и под действием света активируются, уничтожая опухоль. Этот способ лечения известен как фотодинамическая онкотерапия.

В отличие от химиотерапии, она действует выборочно: свет облучает только поражённую область, не затрагивая здоровые ткани. Однако до сих пор оставалось трудно предсказать, как фотосенсибилизаторы взаимодействуют с белками крови и насколько эффективно добираются до опухоли.

Можно ли было решить эту задачу раньше? Ранее методы позволяли лишь оценить общие параметры связывания, но не точное место контакта молекул. Новый подход устраняет эту неопределённость.

Колоколов отметил, что теперь можно будет предсказывать наиболее перспективные соединения для фотодинамической терапии и ускорить процесс создания новых противораковых препаратов.

"Разработанный нами комбинированный подход позволит сделать анализ соединений значительно точнее и упростит разработку лекарств. Следующий этап — изучить, как фотосенсибилизаторы связываются с молекулами ДНК", — добавил учёный.

Ошибки прежних методов и найденное решение

Ранее учёные сталкивались с двумя типичными проблемами.

Первая — огрубление данных: средние значения не отражали реального поведения молекул.
Вторая — несовпадение результатов теоретических и экспериментальных моделей, из-за чего предсказания эффективности лекарства часто оказывались ошибочными.

Последствия таких неточностей — длительные и дорогостоящие клинические испытания.

Новый подход решает обе проблемы: сочетание ЭПР и моделирования позволяет калибровать данные и учитывать особенности конкретных соединений.

А что если соединение проявит нестандартное поведение в организме? Тогда метод позволяет скорректировать структуру препарата до испытаний, экономя годы исследований и миллионы рублей.

Где ещё пригодится технология

Комбинированный метод, по словам учёных, может применяться не только в онкотерапии. Он полезен для фармакологии, биохимии и токсикологии — везде, где важно понимать, как молекулы взаимодействуют с белками.

Применение возможно в трёх ключевых областях:

• Создание лекарств нового поколения, действующих точечно и с минимальными побочными эффектами.
• Персонализированная медицина - подбор препарата под индивидуальные особенности пациента.
• Разработка диагностических систем, основанных на поведении белковых комплексов.

Можно ли интегрировать технологию в автоматизированные платформы подбора лекарств? Да, расчётные модели уже можно использовать в искусственном интеллекте для обучения алгоритмов прогнозирования лекарственных взаимодействий.

Сравнение подходов: от теории к молекулярной точности

В прошлом столетии фармакологи опирались на эмпирические наблюдения: какой препарат помогает — тот и работает. Современная наука перешла к моделированию на уровне молекул, но лишь сейчас появилась возможность заглянуть в структуру комплекса "лекарство-белок" с точностью до атома.

Новосибирская разработка объединяет два подхода — экспериментальный и вычислительный, делая процесс разработки лекарств не только точнее, но и быстрее. В сравнении с традиционными методами она позволяет получить достоверный результат за дни, а не за месяцы лабораторных испытаний.

А что если этот метод распространить на все классы лекарств? Тогда фармакология станет по-настоящему прогнозируемой: препараты можно будет проектировать под конкретный организм, минимизируя риски неэффективности.