پژوهشگران روشی توسعه داده‌اند که با مونوکسید کربن تولیدشده در سلول‌های سرطانی، ترکیبات سمی ضدسرطان را درون همان سلول‌ها می‌سازد.
محققان ژاپنی روشی نوآورانه برای تبدیل یک ماده شیمیایی تولید شده توسط سلول‌های سرطانی به سلاحی علیه آن‌ها ابداع کرده‌اند. به جای رساندن داروهای سمی به سراسر بدن، رویکرد تجربی آن‌ها از مونوکسید کربن آزاد شده توسط سلول‌های سرطانی برای تولید ترکیبات ضد سرطانی مستقیماً در داخل خود سلول‌ها استفاده می‌کند.
به گزارش فرارو به نقل از ساینس‌دیلی، این تحقیق که توسط کاتسونوری تاناکا در موسسه تحقیقات پیشگام RIKEN (PRI) در ژاپن رهبری می‌شود، در Nature Communications منتشر شده است.
در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این تیم نشان داد که یک ترکیب ویژه طراحی شده می‌تواند تولید دارو را در داخل سلول‌های سرطانی بدون تولید همان مواد سمی در سلول‌های سالم آغاز کند. اگرچه این تکنیک هنوز در مراحل اولیه است، اما در نهایت می‌تواند راهی برای حمله به تومورها فراهم کند و در عین حال عوارض جانبی مضر مرتبط با درمان‌های مرسوم سرطان را کاهش دهد.
تبدیل گاز سمی خود سرطان به ضد آن
یکی از بزرگترین چالش‌ها در درمان سرطان، از بین بردن سلول‌های بدخیم بدون آسیب رساندن به بافت سالم است. شیمی‌درمانی سنتی می‌تواند عوارض جانبی جدی ایجاد کند زیرا اثرات سمی آن همیشه محدود به تومورها نیست. تاناکا و دیگر محققان در حال بررسی استراتژی‌های انتخابی‌تری هستند که می‌توانند درمان‌های سرطان را ایمن‌تر کنند.
هدف بلندمدت آن‌ها جایگزینی تحویل مستقیم داروهای سمی با ترکیبات نسبتاً بی‌ضرری است که تنها پس از ورود به سلول‌های سرطانی فعال می‌شوند. این ترکیبات از موادی که از قبل در داخل تومورها وجود دارند برای تولید داروهای درمانی دقیقاً در جایی که مورد نیاز هستند استفاده می‌کنند.
مونوکسید کربن فرصتی جذاب برای این رویکرد ارائه می‌دهد. اگرچه مونوکسید کربن بیشتر به عنوان یک گاز سمی تولید شده توسط منابعی مانند موتورهای بنزینی شناخته می‌شود، اما به طور طبیعی توسط بسیاری از انواع سلول‌های سرطانی نیز تولید می‌شود. از آنجا که تومورها می‌توانند مقادیر غیرمعمول بالایی از این گاز را تولید کنند، در صورت امکان شناسایی، می‌تواند به عنوان یک نشانگر بیولوژیکی مفید برای شناسایی سلول‌های سرطانی عمل کند.
دانشمندان آزمایشگاه شیمی مصنوعی زیست‌عملکردی RIKEN بررسی کردند که آیا می‌توانند از این تفاوت بهره‌برداری کنند یا خیر. استراتژی آن‌ها شامل انتقال یک کاتالیزور فلزی به سلول‌ها و استفاده از مونوکسید کربن اضافی در سلول‌های سرطانی برای ایجاد یک واکنش شیمیایی بود که یک ترکیب سمی تولید می‌کرد. در اصل، این واکنش در درجه اول در سلول‌های سرطانی رخ می‌دهد، جایی که مونوکسید کربن کافی در دسترس است، در حالی که سلول‌های طبیعی آسیبی نمی‌بینند.
محافظت از کاتالیزور در داخل سلول‌های سرطانی
برای اینکه این سیستم کار کند، محققان به دسته‌ای از ترکیبات معروف به پالاداسیکل‌ها روی آوردند. این ترکیبات حاوی فلز می‌توانند با مونوکسید کربن واکنش دهند و یک مولکول آلی به نام فنانتریدینون تولید کنند. برخی از مشتقات فنانتریدینون برای سلول‌ها سمی هستند و قبلاً در داروهای ضد سرطان گنجانده شده‌اند.
با این حال، یک مانع بزرگ وجود داشت. وقتی پالاداسیکل‌ها مستقیماً به سلول‌ها وارد می‌شوند، موادی مانند گلوتاتیون به سرعت کاتالیزور پالادیوم مرکزی آن‌ها را غیرفعال می‌کنند. بدون یک کاتالیزور فعال، واکنش نمی‌تواند داروی مورد نظر را تولید کند.
تیم تاناکا با تکیه بر کار قبلی خود با استفاده از کاتالیزورهای فلزی برای انجام واکنش‌های شیمیایی در سیستم‌های زنده، این مشکل را برطرف کرد. محققان یک پالاداسیکل را درون آلبومین، پروتئینی که معمولاً در خون یافت می‌شود، محصور کردند. این حامل پروتئین محافظ به کمپلکس اجازه می‌دهد تا از طریق جریان خون حرکت کند و در عین حال کاتالیزور پالادیوم را از موادی که در غیر این صورت پس از ورود به سلول‌ها آن را غیرفعال می‌کنند، محافظت می‌کند.
آزمایش‌های آزمایشگاهی، تولید انتخابی دارو را آشکار می‌کنند
دانشمندان سیستم خود را از طریق مجموعه‌ای از آزمایش‌ها ارزیابی کردند. آن‌ها با آزمایش پالاداسیکل‌های مختلف شروع کردند تا مشخص کنند کدام یک می‌تواند بیشترین مقدار فنانتریدینون را تولید کند.
در مرحله بعد، سلول‌های کشت‌شده سرطان کبد، دهانه رحم، سینه و ریه انسان را به مدت ۴۸ ساعت در معرض کمپلکس آلبومین و پالاداسیکل قرار دادند. آن‌ها همچنین این ترکیب را روی یک رده سلولی غیرسرطانی آزمایش کردند تا مشخص شود که آیا واکنش شیمیایی مشابهی در سلول‌های سالم رخ می‌دهد یا خیر.
پس از ۴۸ ساعت، محققان فنانتریدینون را در رده‌های سلولی سرطانی شناسایی کردند، اما در سلول‌های طبیعی خیر. یافته‌ها نشان داد که حامل آلبومین با موفقیت از کاتالیزور در برابر گلوتاتیون محافظت می‌کند و واکنش شیمیایی به صورت انتخابی در سلول‌های سرطانی تحت شرایط آزمایش شده رخ می‌دهد.
سپس تیم سیستم را اصلاح کرد تا ترکیب تازه تشکیل‌شده بتواند از حامل جدا شود و آزادانه در سراسر سلول حرکت کند. اصلاحات اضافی به واکنش اجازه داد تا یک مشتق فنانتریدینون سمی خاص که قبلاً در داروهای ضد سرطان استفاده می‌شد، تولید کند.
وقتی محققان این سیستم اصلاح‌شده را به سلول‌های سرطانی کبد کشت‌شده وارد کردند، مشاهده کردند که ترکیب ضدسرطان درون سلول‌ها تشکیل می‌شود. متعاقباً سلول‌ها نشانه‌هایی از آسیب ناشی از داروی سمی را نشان دادند که نشان‌دهنده‌ی این است که این رویکرد می‌تواند یک ماده‌ی ضدسرطان را مستقیماً در هدف مورد نظر خود تولید کند.
چرا داروی آزمایشی در خون تشکیل نشد
یک نگرانی مهم در مورد ایمنی، وجود مونوکسید کربن در جریان خون بود. اگر این گاز قبل از رسیدن ترکیب به سلول‌های سرطانی، واکنش شیمیایی را آغاز می‌کرد، داروی حاصل می‌توانست به جای هدف مورد نظر، به سلول‌های خونی آسیب برساند.
خوشبختانه، آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که داروی سمی در خون تولید نشده است. محققان معتقدند که این به این دلیل است که مونوکسید کربن در جریان خون تا حد زیادی به هموگلوبین، پروتئینی که مسئول انتقال اکسیژن است، متصل است. در این شکل متصل، به نظر می‌رسد که گاز برای واکنش مورد نیاز برای تولید دارو در دسترس نیست.
این یافته نشان می‌دهد که این سیستم ممکن است بتواند بدون تولید زودرس مواد مضر از طریق خون عبور کند، اگرچه برای اثبات ایمنی آن در موجودات زنده به مطالعات بیشتری نیاز است.
تاناکا می‌گوید: «این کار نشان دهنده پیشرفت مهمی در شیمی مصنوعی درمانی در داخل بدن است. در استراتژی درمانی ما، مولکول‌هایی که به طور طبیعی در بدن وجود دارند یا تولید می‌شوند - از جمله متابولیت‌های مرتبط با بیماری - به عنوان مواد اولیه شیمیایی درون‌زا برای سنتز مولکول‌های درمانی به طور مستقیم در محل بیماری استفاده می‌شوند.»
محققان اکنون قصد دارند فراتر از سلول‌های کشت‌شده عمل کنند و این رویکرد را در مدل‌های حیوانی آزمایش کنند. اگر آزمایش‌های آینده موفقیت‌آمیز باشند، این فناوری می‌تواند به ایجاد دسته جدیدی از درمان‌های سرطان کمک کند که از شیمی تومورها برای تولید داروها مستقیماً در محل بیماری استفاده می‌کنند و به طور بالقوه آسیب به بافت سالم را محدود می‌کنند.