دانشمندان با فریب سلول‌های سرطانی، داروهایی که آنها را می‌کشند، تولید می‌کنند

محققان در ژاپن روش نوآورانه‌ای برای تبدیل یک شیمی تولید شده توسط سلول‌های سرطانی به سلاحی علیه آن‌ها ابداع کرده‌اند. به جای تحویل داروهای سمی به سراسر بدن، رویکرد آزمایشی آن‌ها از کربن‌مونوکسید آزاد شده توسط سلول‌های سرطانی برای تولید ترکیبات آنتی‌توموری مستقیماً در داخل سلول‌های خود استفاده می‌کند.

تحقیق، که توسط کاتسونوری تاناکا در موسسه تحقیقات پیشرو RIKEN ژاپن رهبری می‌شود، در مجله Nature Communications منتشر شده است. در آزمایش‌های آزمایشگاهی، تیم نشان داد که یک ترکیب طراحی شده خاص می‌تواند تولید دارو را در داخل سلول‌های سرطانی تحریک کند بدون اینکه مواد سمی مشابهی در سلول‌های سالم تولید کند. اگرچه این تکنیک هنوز در مرحله اولیه است، اما می‌تواند راهی برای حمله به تومورها و کاهش اثرات مخرب مرتبط با درمان‌های سرطانی سنتی ارائه دهد.

استفاده از گاز سمی خود سرطان

یکی از بزرگترین چالش‌های درمان سرطان، نابود کردن سلول‌های مalignant بدون آسیب دیدن بافت سالم است. شیمی‌درمانی سنتی می‌تواند اثرات سمی جدی داشته باشد زیرا اثرات سمی آن همیشه محدود به تومورها نیست. تاناکا و دیگر محققان در حال بررسی استراتژی‌های انتخابی‌تری هستند که می‌توانند درمان سرطان را امن‌تر کنند.

هدف بلندمدت آن‌ها جایگزین کردن تحویل مستقیم داروهای سمی با ترکیبات نسبتاً بی‌خطر است که فقط پس از ورود به سلول‌های سرطانی فعال می‌شوند. این ترکیبات از مواد موجود در داخل تومورها برای تولید داروهای درمانی دقیقاً در مکان مورد نیاز استفاده می‌کنند.

کربن‌مونوکسید فرصت جالبی برای این رویکرد ارائه می‌دهد. اگرچه به عنوان یک گاز سمی تولید شده توسط منابعی مانند موتورهای بنزین شناخته می‌شود، اما کربن‌مونوکسید به طور طبیعی توسط بسیاری از نوعهای سرطانی تولید می‌شود. چون تومورها می‌توانند مقادیر غیرمعمولی از این گاز را تولید کنند، ممکن است به عنوان یک علامت بیولوژیکی مفید برای شناسایی سلول‌های سرطانی عمل کند، به شرطی که بتوان آن را شناسایی کرد.

محققان در آزمایشگاه شیمی‌سنتزی بیوفونکشنال RIKEN بررسی کردند که آیا می‌توانند از این تفاوت بهره‌برداری کنند. استراتژی آن‌ها شامل تحویل یک کاتالیزور فلزی به سلول‌ها و استفاده از کربن‌مونوکسید اضافی در سلول‌های سرطانی برای تحریک یک واکنش شیمیایی است که یک ترکیب سمی تولید می‌کند.

محافظت از کاتالیزور در داخل سلول‌های سرطانی

برای اینکه سیستم کار کند، محققان به یک گروه از ترکیبات به نام palladacycles روی آوردند. این ترکیبات حاوی فلز می‌توانند با کربن‌مونوکسید واکنش دهند تا یک مولکول ارگانیک به نام phenanthridinone تولید کنند.某些衍生物 of phenanthridinone are toxic to cells and have already been incorporated into anticancer drugs.

However, there was a major obstacle. When palladacycles are introduced directly into cells, substances such as glutathione rapidly deactivate their central palladium catalyst. Without an active catalyst, the reaction cannot produce the desired drug.

Tanaka's team addressed this problem by building on its previous work using metal catalysts to carry out chemical reactions in living systems. The researchers enclosed a palladacycle within albumin، a protein commonly found in blood. This protective protein carrier allows the complex to travel through the bloodstream while shielding the palladium catalyst from substances that would otherwise deactivate it after entering cells.

laboratory tests reveal selective drug production

The scientists evaluated their system through a series of experiments. They began by testing different palladacycles to identify which one could generate the greatest amount of phenanthridinone.

Next، they exposed cultured human liver، cervical، breast، and lung cancer cells to the albumin and palladacycle complex for 48 hours. They also tested the compound on a noncancerous cell line to determine whether the same chemical reaction would occur in healthy cells.

After 48 hours، the researchers detected phenanthridinone in the cancer cell lines but not in the normal cells. The findings indicated that the albumin carrier successfully protected the catalyst from glutathione and that the chemical reaction occurred selectively in the cancer cells under the conditions tested.

The team then refined the system so that the newly formed compound could separate from the carrier and move freely throughout the cell. Additional modifications allowed the reaction to generate a particularly toxic phenanthridinone derivative already used in anticancer drugs.

When the researchers introduced this modified system into cultured liver cancer cells، they observed the anticancer compound forming inside the cells. The cells subsequently showed signs of damage caused by the toxic drug، providing proof that the approach could generate a cancer-fighting substance directly within its intended target.

why the experimental drug did not form in blood

An important safety concern involved carbon monoxide already present in the bloodstream. If that gas triggered the chemical reaction before the compound reached cancer cells، the resulting drug could damage blood cells instead of its intended target.

Fortunately، laboratory testing showed that the toxic drug was not produced in blood. The researchers believe this is because carbon monoxide in the bloodstream is largely attached to hemoglobin، the protein responsible for transporting oxygen. In this bound form، the gas appears to be unavailable for the reaction needed to manufacture the drug.

The finding suggests that the system may be able to travel through blood without prematurely generating harmful substances، although further studies will be needed to establish its safety in living organisms.

"This work represents an important advance in therapeutic in vivo synthetic chemistry," says Tanaka. "In our therapeutic strategy، molecules naturally present or generated within the body -- including disease-associated metabolites -- are used as endogenous chemical feedstocks to synthesize therapeutic molecules directly at the site of disease."

The researchers now plan to move beyond cultured cells and test the approach in animal models. If future experiments are successful، the technology could help establish a new class of cancer treatments that exploit the chemistry of tumors to produce drugs directly at the disease site، potentially limiting damage to healthy tissue.