Поливиниловый спирт улучшил лучевую терапию рака

Лечение поздних стадий рака, трудно поддающихся терапии, можно улучшить с помощью поливинилового спирта — распространенного ингредиента для клея. Его добавление к D-4-борфенилаланину — борсодержащей аминокислоте, которая используется для бор-нейтронозахватной терапии рака, — повысило специфичность захвата опухолевыми клетками и продлило время удержания препарата, позволяя защитить окружающие здоровые клетки от повреждения.

Бор-нейтронозахватную терапию впервые начали применять в Японии в 2020 году. Она основана на накоплении в клетках изотопа бора ¹⁰B и последующем облучение тепловыми нейтронами. Это приводит к выбросу высокоэнергетических α-частиц и ядер лития (⁷Li), причем перемещаются они в пределах 10 мкм — расстояния, сопоставимые с размером клетки. Это позволяет минимально инвазивно и прицельно убивать опухолевые клетки.

Для доставки бора в опухолевые клетки применяют различные агенты, наиболее эффективным из которых считается L-4-борфенилаланин (L-BPA). Его энантиомер, D-BPA, считается непригодным для применения на практике — несмотря на более высокую селективность, он хуже транспортируется в клетки. Японские ученые нашли способ улучшить доставку D-BPA в опухолевые клетки без потери селективности — для этого к препарату добавили поливиниловый спирт.

Комплексы борфенилаланина с поливиниловым спиртом — PVA-L-BPA и PVA-D-BPA — приготовили простым смешиванием компонентов в водном растворе. Поглощение клетками проверяли на культуре рака поджелудочной железы человека (BxPC-3), а количество захваченного бора определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Поливиниловый спирт увеличил поглощение D-BPA примерно вдвое. Клетки эндоцитировали его медленнее, чем L-изомер, но накопление за шесть часов инкубации было сопоставимо. Аналогичный результат получили на клетках колоректального рака мыши CT26.

Механизм и специфичность поглощения борсодержащих препаратов изучали, сравнивая, как меняется их поглощение при ингибировании переносчиков аминокислот. Клетки обработали ингибитором LAT1 и LAT2 — транспортеров нейтральных аминокислот. Он значительно снизил скорость поглощения бора клетками BxPC-3 и CT26, причем сильнее это сказалось на поглощении D-BPA. В отличие от него, L-BPA может поступать в клетку другими путями.

Селективный ингибитор LAT1 — JPH203 — ограничивал поступление D-BPA в клетку более выраженно, чем L-BPA (он снижал количество поглощаемого бора на 92% и 78%, соответственно). Это объясняется тем, что D-BPA селективно переносится при участии LAT1, тогда как L-изомер может транспортироваться в том числе с помощью LAT2. Такая особенность делает D-BPA перспективнее с точки зрения безопасности бор-нейтронозахватной терапии, поскольку LAT2 экспрессируется повсеместно и не сможет обеспечить специфичной доставки бора только в опухолевую ткань.

Анализ локализации борфенилаланина по флуоресцентной метке показал, что он локализуется преимущественно в лизосомах (по-видимому, поглощение PVA-L/D-BPA происходит путем эндоцитоза при участии аминокислотных транспортеров). При этом D-BPA задерживался в клетках дольше, чем его L-изомер — это проверяли, инкубируя клетки с препаратом в течение трех часов, а затем оставляя их на 30 минут в чистой среде для культивирования. На морфологию самих клеток поливиниловый спирт не влиял. Цитотоксичности выявлено не было даже при 12-часовой инкубации.

Для количественного исследования внутриклеточного удержания клетки BxPC-3 инкубировали с образцами в течение 3 ч, а затем дополнительно инкубировали в свежей среде для культивирования клеток без образцов в течение 0,5 ч. Дополнительная инкубация значительно снизила внутриклеточные концентрации бора сорбитол-L-BPA и PVA-L-BPA, но PVA-L-BPA показал более высокое внутриклеточное количество бора, что хорошо согласуется с предыдущим исследованием. Примечательно, что сорбитол-D-BPA и PVA-D-BPA показали значительно более высокое внутриклеточное удержание, чем сорбитол-/PVA-L-BPA. Между прочим, все образцы не показали явной цитотоксичности даже при 12-часовой инкубации.

Биораспределение препарата ученые проверяли на мышах с подкожными опухолями. Оказалось, что поливиниловый спирт резко улучшил накопление D-BPA в опухолевой ткани даже по сравнению с L-BPA. Через шесть часов после введения PVA-D-BPA накапливался в количестве около 14% дозы/г опухоли, тогда как PVA-L-BPA — около 7,8%. Таким образом, порог для клинического применения был пройден — необходимый минимум составляет 5,3% дозы/г опухоли. Дальнейший анализ распределения показал, что препараты накапливались в основном в печени и почках — последнее объясняется тем, что выводятся они преимущественно почками. Показатели функции почек показали некоторые отклонения через сутки после инъекции борфенилаланина с поливиниловым спиртом, однако вернулись в норму. Чтобы оценить риски нефротоксичности и убедиться в безопасности препарата, требуются дальнейшие исследования.

Наконец, авторы работы проверили эффективность PVA-D-BPA для бор-нейтронозахватывающей терапии. L- или D-изомер в комбинации с поливиниловым спиртом вводили мышам с опухолями, а через три часа облучали животных тепловыми нейтронами. Из шести мышей, получавших PVA-L-BPA, у трех удалось уничтожить опухоли. У трех других их рост был существенно подавлен. При этом PVA-D-BPA полностью избавил от опухолей 5 из 6 мышей, а у оставшейся опухоль сильно уменьшилась и не вернулась к прежнему размеру даже через 33 дня после облучения. Эффективность лечения коррелировала с концентрацией бора в опухолевой ткани.

«Мы обнаружили, что поливиниловый спирт, который используется в жидком клее, значительно повышает эффективность соединения под названием D-BPA, которое до сих пор не использовалось для изготовления лекарств, поскольку считалось бесполезным», — комментирует профессор Такахиро Номото, старший автор работы. Поливиниловый спирт может стать уникальным материалом для раскрытия потенциала, казалось бы, инертных молекул.

Нейролептик уменьшил резистентность глиобластомы к терапии