Мишень связывания искусственных гликанов можно поменять прямо в организме

Гликаны на клеточной поверхности образуют различные паттерны, которые специфичное узнавание при взаимодействии клеток. Японские ученые предложили методику ремоделирования гликановых паттернов in vivo и показали, что с ее помощью можно контролируемо доставлять лекарственные препараты, а затем выводить их из опухоли после лечения, чтобы предотвратить слишком длительное воздействие препарата на организм.

В одной из предыдущих работ исследователи конъюгировали N-гликаны с альбумином и получили гликоальбумин, мимикрирующий под природные гликановые комплексы. Они показали, что α(2,3)-сиалилированные N-гликаны стабильно циркулируют в крови и постепенно выводятся с мочой, тогда как галактозилированный гликоальбумин выводится преимущественно через кишечник. Кроме того, α(2,3)-сиалилированный гликоальбумин связывался с клетками колоректального рака (линия SW620). Теперь же авторы опубликовали работу в Nature Communications, в которой описали метод перестройки α(2,3)-сиалилированного гликоальбумина в галактозилированный, а также показали, что нацеленный на опухоли α(2,3)-сиалилированный гликоальбумин может транслоцироваться в кишечник после ремоделирования in vivo.

Чтобы добиться перестройки гликанового паттерна in vivo, ученые прибегли к клик-химии (click-to-release reaction). В качестве «переключателя» для перестройки гликоальбумина-I (α(2,3)-сиалилированный) в гликоальбумин-II (галактозилированный) использовали галактозилированный тетразин (Gal-Tz).

Опыты in vitro проводили на клетках гепатоцеллюлярной карциномы человека HepG2. На плазматической мембране гепатоцитов активно экспрессируются асиалогликопротеиновые рецепторы ASGPR, которые связываются преимущественно галактозилированные гликаны. Такие клетки инкубировали с гликоальбуминами-I и –II, меченными тетраметилродамином (TAMRA). Флуоресцентная визуализация показала, что галактозилированный гликоальбумин-II связывается с поверхностью HepG2 лучше, чем сиалированный гликоальбумин-I. При совместной инкубации клеток с TAMRA-гликоальбумином-I и Gal-Tz интенсивность флуоресценции была такой же, как при инкубации с TAMRA-гликоальбумином-II. Такой результат свидетельствует, что перестройка структуры α(2,3)-сиалилированных гликанов на гликоальбумине-I в структуру галактозилированного гликана приводит к усиленному связыванию с клетками HepG2.

Связывание гликоальбумина-II с ASGPR ученые провели конкурентный анализ — клетки инкубировали со смесью TAMRA-гликоальбумина-II и избытка галактозы. Галактоза ослабляла связывание гликоальбумина с клеточной поверхностью — это подтверждает, что взаимодействие осуществляется именно через асиалогликопротеиновые рецепторы. Кроме того, было выявлено, что ASGPR-опосредованный эндоцитоз переносил гликоальбумин-II во внутриклеточные компартменты HepG2. При этом ранее уже было показано, что галактозилированный гликоальбумин поступает в кишечник мышей через печень. Таким образом, химическая перестройка α(2,3)-сиалилированного гликанового паттерна на гликоальбумине-I обеспечивает поглощение полученного галактозилированного гликоальбумина-II гепатоцитами и дальнейшее выведение в кишечник.

Опыты по инкубации клеток SW620 с гликоальбумином-I показали, что при добавлении Gal-Tz связывание гликоальбумина с клетками значительно снижалось.

Кинетику гликоальбуминов in vivo исследовали на мышах. Здоровых 10-недельных самок голых мышей разделили на три группы: одной вводили флуоресцентно меченный гликоальбумин-I, другой — гликоальбумин в сочетании с Gal-Tz, третьей — меченый гликоальбумин-II. После введения препаратов проводили флуоресцентную визуализацию всего тела, а через три часа проводили вскрытие и повторно визуализировали брюшную полость. Также измеряли флуоресценцию в тканях кишечника, крови и моче животных.

Слабый флуоресцентный сигнал наблюдался в тонком кишечнике после введения гликоальбумина-I, и намного более выраженный — после введения гликоальбумина-II. Аналогичная флуоресцентная активность присутствовала в кишечнике мышей, которым вводили гликоальбумин-I совместно с Gal-Tz, — это подтверждает перестройку гликанового паттерна гликоальбуминов in vivo и их последующую транслокацию.

Аналогичный эксперимент авторы провели на мышах с ксенотрансплантатами опухолей. Животные получали подкожную инъекцию клеток SW620; опыт проводили на тех, у кого опухоль достигла объема 700–1100 мм³. Сразу после интратуморальной инъекции гликоальбуминов проводили флуоресцентную визуализацию всего тела, а через пять часов животных умерщвляли и анализировали отдельные органы.

Введенный в опухоль гликоальбумин-I накапливался в ней же, при этом транслокации в кишечник не наблюдалось. Однако если введение гликоальбумина-I сопровождалось инъекцией Gal-Tz, флуоресцентная активность детектировалась преимущественно в кишечнике, как и у мышей, получавших гликоальбумин-II.

Таким образом, in vivo перестройка структуры гликанов ослабила их взаимодействие с клетками опухоли, поэтому способствовала проникновению в кровеносные сосуды, захвату гепатоцитами и секреции через кишечник.

«Наш подход можно использовать в системе доставки лекарств, чтобы ускорить выведение препарата или радионуклидов из опухоли после лечения, — объясняет профессор Танака Кацунори, руководитель исследования из Кластера передовых исследований RIKEN. — Таким образом предотвращается длительное воздействие лекарства, которое может оказывать негативное влияние. Кроме того, всего одна “патрульная” молекула может использоваться для лечения различных заболеваний, прямо как в фильме “Фантастическое путешествие”».

Псевдовирус участвует в клик-реакции