Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ПЛАТИНЫ В ТЕРАПИИ ОНКОЗАБОЛЕВАНИЙ

Ахтямов А.Э. 1
1 Башкирский государственный медицинский университет
Механизмы антиканцерогенного действия соединений платины основаны на возникновении в ДНК внутрицепочечных связей, создающих препятствия для репликации за счет проникновения комплекса платины с ионами лиганда в раковую клетку. Была проанализирована модель взаимодействия соединений платины на клетку, а также непосредственно на ДНК. Было выделено, что основой цитостатичности соединений платины основана на возникновении платиновых «сшивок» в самой ДНК. А также приведены данные частного взаимодействия соединений на отдельные пары нуклеотидов. Подобрана модель для исследования противоопухолевого процесса комплекса платины на мышах линии BALB/c с перевиваемой миеломой штамма Sp 2/0 Ag 14, оцениваемого по четырем критериям: торможение развития асцита (ТРА), торможение прироста массы тела (ТПМ), медиана продолжительности жизни (МПЖ), увеличение продолжительности жизни (УПЖ).
платина
канцерогенез
линейные мыши BALB/c
миелома Sp 2/0 Ag 14
1. В.И. Чиссов. Онкология: национальное руководство / под ред. В.И. Чиссова, М.И. Давыдова. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 1072 с.
2. M. Fanelli, M. Formica, V. Fusi, L. Giorgi, M. Micheloni, P. Paoli. New trends in platinum and palladium complexes as antineoplastic agents/ M. Fanelli, M. Formica, V. Fusi, L. Giorgi, M. Micheloni, P. Paoli // Coordination chemistry reviews 310 (2016) 41-79 – pp. 42-76
3. N. Cutillas, G. S. Yellol, C. de Haro, C. Vicente, V. Rodriguez, J. Ruiz. Anticancer cyclometalated complexes of platinum group metals and gold / N. Cutillas, G. S. Yellol, C. de Haro, C. Vicente, V. Rodriguez, J. Ruiz // Coordination chemistry reviews 257 (2013) pp. 2784-2797
4. T. Boulikas, M. Vougiouka. Сisplatin and platinum drugs at the molecular level/ T. Boulikas, M. Vougiouka// Oncology reports 10. 2003. – pp. 1663-1682
5. J. Reedijk. The mechanism of action of platinum anti-tumor drugs/ J. Reedijk // Pure & Applied Chemistry 1987, vol. 59, № 2, pp. 181-192.
6. S. Ishida, J. Lee, DJ. Thiele, I. Herskowitz. Uptake of the anticancer drug cisplatin mediated by the copper transporter Ctr1 in yeast and mammals/ S. Ishida, J. Lee, DJ. Thiele, I. Herskowitz // Proc Natl Acad Sci U S A 99(22):14298-302 2002 Oct 29; 99(22): 14298–14302.

В настоящее время рак является одной из главных причин смертности по всему миру. Ежегодно регистрируется около 14 миллионов новых случаев онкологических заболеваний, а смертность от них составляет порядка 8,2 миллионов человек. Рак возникает в результате преобразования нормальных клеток в опухолевые в ходе многоэтапного процесса в результате взаимодействия между генетическими и внешними факторами, включающими физические, химические и биологические канцерогены. Высокое количество регистрируемых заболеваний, их дифференцировка, а также трудности в излечении привели к тому, что лишь на разработку противоопухолевых препаратов тратится более 1 миллиарда долларов [2].

В ходе исследований ученые обратили внимание на соединения платины. Так при изучении роста E.coli в электрическом поле двух платиновых электродов в растворе хлорида аммония было обнаружено довольно странное явление: бактерии начинали сильно разрастаться в длину, а вскоре переставали делиться. Лишь спустя некоторое стало понятно, что причина данного явления лежит в переходе платины на иную степень окисления и образовании комплексов с ионами аммония и хлора. Так начались исследования элемента №78, которые вскоре дали свои плоды. История применения соединений на основе металлов в противораковой химиотерапии насчитывает уже 40 лет. Синтез цисплатина в 1965 году произвел революцию противоопухолевой терапии, что подвигло ученых на дальнейшие поиски соединений платины, способных эффективно бороться с различного рода онкологическими заболеваниями. Как бы то ни было, лишь немногие из них имели превосходящий фармакологический эффект. Лишь три соединения, главным компонентом которых была платина (карбоплатин, цисплатин и оксалиплатин) утвердились на рынке противоопухолевых препаратов и используются активно по сей день [3]. На данный момент около 10 новых платиновых комплексов находятся на стадии клинических испытаний, и более сотни соединений находятся на стадии разработки и доклинических исследований [2].

Структура цисплатина является основой для синтеза новых соединений платины и других металлов, т.к. все препараты платиновой природы имеют аналогичный механизм действия, включающий в себя взаимодействие с цепью ДНК и образование связей с ней. Хотя на сегодняшний день уже известны соединения, структурно отошедшие от данной модели [4].

Изучение соединений платины является одним из наиболее приоритетных направлений в борьбе против рака. Поэтому следует разобраться, что же делает платину такой уникальной среди остальных элементов и почему ее соединения считают основой химиотерапии против рака, несмотря на побочные эффекты (рвота, почечная токсичность, ухудшение слуха), ограничивающие их применение в высоких дозах [1].

Цель работы: исследование литературных данных по биохимическим механизмам антиканцерогенного действия соединений платины и подготовка к эксперименту по определению терапевтической дозы комплекса Pt с производным пиримидина на линейных мышах BALB/c, зараженных миеломой Sp 2/0 Ag14.

Материалы и методы исследования

Противоопухолевое действие соединения платины с производным пиримидина будет изучаться in vivo на мышах линии BALB/c с перевиваемой миеломой штамма Sp 2/0 Ag 14.

Мыши получены из Института биофизики клетки РАН (Пущино). Линия поддерживается нами путем близкородственного скрещивания (метод инбридинга). Для эксперимента отобраны 2,5 месячные самцы, с массой тела 25-30 г в количестве 60 штук. За сутки до начала эксперимента мышам внутрибрюшинно инъецируется суспензия клеток миеломы штамма Sp 2/0 Ag14 (106 клеток на мышь). Оценка противоопухолевой активности препаратов проводится на 16-е сутки по трем критериям: торможение развития асцита (ТРА), торможение прироста массы тела (ТПМ) и медиана продолжительности жизни (МПЖ). Через полгода рассчитывается еще один критерий -увеличение продолжительности жизни (УПЖ). Исследования будут проводиться в 5-ти группах, в каждой из которых по 12 животных: 1 – «контроль-интактные», 2 – «контроль-миелома», 3-5 – «контроль-миелома+соединение платины».

Результаты и обсуждение

В применяемых лекарственных препаратах платина имеет степень окисления 2+ и 4+, так как эти состояния характеризуются: 1 – строго определенным расположением лигандов в координационной сфере комплекса (для Pt(II) это в большинстве случаев квадрат, для Pt(IV) октаэдр с четырьмя и шестью положениями соответственно); 2 – наличием так называемого «эффекта трансвлияния», когда химическая подвижность адденда в координационной сфере определяется природой его соседа напротив (в транс-положении), на чем основаны все методики синтезов в современной координационной химии платиновых металлов; 3 – кинетической заторможенностью реакций (при комнатной температуре на количественное замещение одного лиганда другим требуется не менее суток); 4 – отсутствием или низкой скоростью внутрисферных изомеризаций (например, переход цис-транс при комнатной температуре не длится менее нескольких дней, даже в растворе); 5 – «хорошей» геометрией, благодаря которой возможно взаимодействие платины с ДНК с образованием координационных и водородных связей.

im02.tif

Благодаря всем этим свойствам платина, как антиканцерогенный препарат, является уникальной. Ее препараты оказывают цитостатическое воздействие за счет возникновения в ДНК внутрицепочечных поперечных и продольных связей, создающих препятствия для репликации. Такой эффект возможен, благодаря химическому составу препаратов, в центре которых расположен атом платины, связанный с двумя ионами аммония и хлора. Весь этот комплекс целиком и полностью имеет отрицательный заряд. Однако, в случае проникновения в раковую клетку, он гидролизуется с замещением хлорид-ионов на ОН-группы и меняет заряд на положительный. ОН-группы, в свою очередь, легко вытесняются и дают возможность платиновому соединению полноценно воздействовать на ДНК раковых клеток. Когда-то, считалось, что цитостатический эффект возможно реализовать исключительно при условии совокупности с двумя центрами ДНК, потому как это дает возможность пересекающиеся связи между отдельными участками ДНК. Но уже в восьмидесятых годах, ученые стали проводить исследования заряженных платиновых комплексов, которые не просто связывались с центром ДНК, но и производили цитостатический эффект [5]. Таким образом, основная причина цитостатичности цисплатина проявляется в нарушении репликации ДНК из-за образования платиновых «сшивок» [5]. С нуклеотидными основаниями цисплатин образует продукты вытеснения атомов хлора из координационной сферы Pt. Например, с пуриновыми нуклеотидами атом платины связывается через гетороциклический атом азота N7, образуя комплекты состава цис-Pt(NH3)2(Guanine-N7)2 и цис-Pt(NH3)2(Guanine-N7)(Adenine-N7). Резкое преобладание первых объясняется образованием дополнтельной связи (водородной) между протоном аминогруппы и экзоциклическим C6-кислородом гуанина. С цитозином же связывание происходит через атом азота N3, а с тимином и урацилом связывание наблюдается довольно слабо.

Однако единого представления о том, как именно цисплатин попадает в клетку пока нет. Цисплатин относится к малым полярным молекулам с большим дипольным моментом. На данный момент наиболее известны три основных пути поступления веществ данного комплекса в клетку: пассивная диффузия, транспорт через транспортер органических катионов OCT2 и транспорт через высокоаффинный импортрер меди CTR1. CTR1 представляет собой небольшой белок, содержащий три трансмембранных домена, функционирующих в виде стабильного гомотримера. Основное место локализации CTR1 – плазматическая мембрана. Пассивная диффузия не может объяснить динамику поступления данного препарата в клетки различных дифферонов. Есть данные о том, что белок OCT2 транспортирует цисплатин, но он экспрессируется в незначительном количестве тканей и наборе клеток, что не позволяет считать данный белок универсальным переносчиком неорганической молекулы. Поэтому некоторые ученые склоняются к высокоаффинному импортеру меди CTR1. Исследование [6] свидетельствует, что делеция CTR1 приводит к развитию устойчивости клеток к платиновым препаратам, в частности к цисплатину, однако на данный момент единого мнения на этот счет нет. Известно лишь то, что до точки назначения доходит незначительная часть препарата. Как правило, зачастую, вместе с опухолевыми клетками при терапии цисплатином и иными платиновыми препаратами повреждаются все быстро обновляющиеся ткани организма: слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, эпителий мочевыводящих путей, эпителий кожи и роговицы, клетки крови. Клетки данных дифферонов получают аналогичное количество препарата, а так как скорость их деления также высока, то и негативный эффект для них будет такой же силы. Результаты подобной терапии могут варьировать: различного рода косметические повреждения кожи, выпадение волос, нарушения функционирования какого-либо органа или системы органов (почечная недостаточность, угнетение гемопоэза, изъявления желудочно-кишечного тракта).

Таким образом, синтез препаратов на основе платины послужил новым шагом в борьбе против рака. Попытки создания новых препаратов на основе комплекса Pt многочисленны, так как их применение в противоопухолевой терапии является перспективным. Мы, в свою очередь, лишь попытались понять, в чем же особенность данного металла и препаратов на его основе и можно ли по праву считать, что за открытием новых препаратов стоит ответ на такую загадку для человечества как рак.

Заключение и выводы

Механизмы антиканцерогенного действия соединений платины основаны на возникновении в ДНК внутрицепочечных связей, создающих препятствия для репликации за счет проникновения комплекса платины с ионами лиганда в раковую клетку.

Отработана модель для исследования противоопухолевого действия соединений платины на линейных мышах BALB/c с перевиваемой миеломой Sp 2/0 Ag 14, которое будет оцениваться по четырем критериям: торможение развития асцита (ТРА), торможение прироста массы тела (ТПМ), медиана продолжительности жизни (МПЖ) и увеличение продолжительности жизни (УПЖ).


Библиографическая ссылка

Ахтямов А.Э. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ПЛАТИНЫ В ТЕРАПИИ ОНКОЗАБОЛЕВАНИЙ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 4-3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=18868 (дата обращения: 14.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074