Структурно-функциональные закономерности воздействия амфифильных блок-сополимеров на раковые клетки (1105748), страница 25
Текст из файла (страница 25)
В то же время ни один из сополимеров, гидрофильный блок которых былпредставлен разветвленным полиглицерином, таким биологическим эффектом не обладал. Всвязи с этим был сделан вывод, что архитектура и химическая природа именно гидрофильногоблока определяет поддерживающий эффект амфифильных блок-сополимеров на клетки.На следующем этапе работы стояла задача исследовать влияние изучаемых соединенийна резистентность опухолевых клеток к доксорубицину. Для этого была разработана новаяпостановкаэксперимента,позволяющаяопределятьнаименьшуюконцентрациюхемосенситизатора, достаточную для максимально возможного снижения лекарственнойустойчивости.
Эта величина была определена для всех исследуемых соединений. Еесопоставление со способностью полимеров разупорядочивать липидный бислой, которая всвою очередь зависит от объема гидрофобного блока и общей гидрофобности полимера,позволило заключить, что основную роль в подавлении устойчивости раковых клеток клекарствам играет гидрофобный блок амфифильных сополимеров.Таким образом, систематическое исследование 14 амфифильных блок-сополимеровразнообразного состава и структуры позволило найти связь между молекулярным строением113сополимера и его воздействием на раковые клетки.
Cпособность указанных соединенийвызывать различные биологические эффекты обусловлена амфифильным строением этихполимеров, пространственной разобщённостью гидрофобной и гидрофильных областей в ихмолекуле, а также способностью этих полимеров к мицеллообразованию. Исследования,проведенные на широком круге соединений, показали, что один и тот же амфифильный блоксополимер может вызывать три разных концентрационно-зависимых эффекта (рис. 42). Перваяконцентрационная область (I) соответствует цитотоксичности полимера, которая обусловленадействием мицелл полимеров.
Вторая область (II) – увеличение количества клеток после ихвзаимодействия с полимером определяется строением и размерами гидрофильного блока. А вобласти низких концентраций (III, ниже ККМ) данные полимеры подавляют устойчивостьраковых клеток к лекарствам, и это определяется взаимодействием гидрофобного блока слипидами клеточной мембраны.Количество клеток, %200150Гидрофильный блок повышение жизнеспособностиГидрофобный блок подавлениеустойчивостиМицеллообразование цитотоксичностьII10050IIII00,11101001000 10000Концентрация полимера, мкМ Рис.
42. Способы воздействия амфифильных блок-сополимеров на раковые клетки вотсутствие (○) или в присутствии 5 мкг/мл DOX (●). Стрелки указывают значения ЭКМЛУ(штриховая стрелка) и ННК (сплошная стрелка)Поэтому с точки зрения возможного практического применения данных соединенийкрайне важно обращать внимание на диапазон используемых концентраций полимера в целяхдостижения желаемого биологического действия.Для ответа на вопрос, чем же обусловлены подобные разнообразные и поройразнонаправленные влияния амфифильных блок-сополимеров на раковые клетки, необходимобыло понять, с какими компонентами клетки взаимодействуют эти соединения и где онилокализуются. В поисках ответа была изучена локализация FITC-меченых и тритий-меченых114соединений на клетках.
Использование двух различных типов меток, варьирование способовфиксацииклеток,атакжепроведениедополнительныхисследованийсклетками,окрашенными родамином или тритий-меченым тимидином, позволили заключить, чтовзаимодействия рассмотренных соединений с наружной клеточной мембраной достаточно дляпроявления их биологических эффектов.Исходяизполученныхрезультатов,мыпредположиливероятныймеханизмвзаимодействия с клетками амфифильных блок-сополимеров. Указанный механизм носитразличный характер и главным образом зависит от структуры сополимера, а также отхимической природы и архитектуры входящих в его состав блоков.
Мы полагаем, чтовзаимодействие амфифильного блочного полимера с наружной плазматической мембранойклетки сопровождается внедрением гидрофобного блока в область остатков жирных кислотлипидов, в то время, как гидрофильный ПЭО-блок стремится к формированию водородныхсвязей с углеводными цепочками гликокаликса на поверхности мембраны. Чем выше массоваядоля гидрофобного блока, тем сильнее возмущение липидного бислоя при встраиваниисополимера в клеточную мембрану.
При добавлении амфифильного блок-сополимера вконцентрациях ниже ККМ врзможно происходит дестабилизация липидного бислоя,окружающего трансмембранный белок Р-гликопротеин, и ингибирование его активности повыбросу доксорубицина из клетки. Поэтому мы полагаем, что подавление резистентностиопухолевых клеток к препаратам может быть обусловлено взаимодействием гидрофобногоблока амфифильных блок-сополимеров с областью остатков жирных кислот липидовклеточной мембраны. В связи с этим полимеры с массивным гидрофобным блоком уже внебольших концентрациях (до ККМ) подавляли МЛУ.Напротив, при увеличении степени полимеризации гидрофильного ПЭО-блока/блоков,взаимодействие сополимера происходит главным образом с гликокаликсом.
Это, с однойстороны, создает препятствие для проникновения гидрофобного блока вглубь бислоя иобъясняет, почему наиболее гидрофильные соединения в меньшей степени влияли налекарственную устойчивость клеток. А с другой стороны, это может приводить кформированию сети из молекул блок-сополимеров на поверхности клетки, что обусловливаетзащитную роль многих рассмотренных соединений.В отличие от ПЭО-содержащих полимеров, разветвленный гидрофильный блокполиглицеринов содержит простые эфирные кислороды, образующие водородные связиглавным образом внутри самого блока, что значительно снижает возможность взаимодействияэтих сополимеров с углеводами гликокаликса.
Вероятно, поэтому полиглицерины не способныформировать защитный слой на поверхности клеток и не повышают их жизнеспособность. Поэтой же причине гликокаликс не создает препятствия для взаимодействия гидрофобного блока115полиглицеринов с ядром липидного бислоя, благодаря чему эта группа сополимеров подавляетлекарственную устойчивость раковых клеток в сравнительно малых концентрациях, непревышающих ККМ.В рамках данной гипотезы можно предположить механизм цитотоксичностиисследованныхнезаряженныхблок-сополимеров,согласнокоторомуодновременноеприсоединение к клеточной мембране большого количества молекул полимера в виде мицеллыприводит к многоточечному взаимодействию полимера и липидов.
Это может вызыватьдеформацию клеточной мембраны и формирование обращенных мицелл полимера,ориентированных гидрофобными участками к липидам мембраны, а гидрофильными - вобразующийся канал, через который могут вытекать водорастворимые белки, что и приводит кгибели клетки.Таким образом, проведя систематическое исследование 14 амфифильных блоксополимеров и 2 углеводородсодержащих ПАВ in vitro, мы попытались объяснить влияниехимическойприроды,особенностейструктурыисвойствданныхсоединенийнажизнеспособность клеток в культуре и на их устойчивость к лекарствам.Перспективы дальнейшей разработки темы диссертации.Дальнейшее развитие представлений о локализации амфифильных блок-сополимеровпри их взаимодействии с клетками, а также о взаимосвязи между структурой полимеров ивызываемыми ими биологическими эффектами позволит прояснить механизмы воздействияполимеров на клетки, что может быть использовано для направленного синтеза блоксополимеров с заданными свойствами.116ВЫВОДЫ1.
Впервые проведено систематическое исследование влияния строения амфифильныхблок-сополимеров на их биологическую активность при взаимодействии с раковыми клетками.Обнаружено, что водорастворимые амфифильные неионогенные блок-сополимеры только вмицеллярной форме являются токсичными для клеток в культуре. Таким свойством обладаютсополимеры трехблочного и двублочного строения, гидрофильный блок которых представленлинейным полиэтиленоксидом или разветвленным полиглицерином, а гидрофобный блокобразован полипропиленоксидом или полидиметилсилоксаном.2. Найдена эмпирическая зависимость между гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ)неионогенного амфифильного блок-сополимера и его цитотоксичностью: чем выше значениеГЛБ, тем он менее токсичен.
Подобная зависимость справедлива не только для линейныхблок-сополимеров, но и для макромолекул, имеющих архитектуру молекулярных щеток.Показана возможность использования этой зависимости для прогнозирования областицитотоксических концентраций блок-сополимеров при их практическом применении.3. Впервые обнаружено, что увеличение количества раковых клеток в образце вприсутствии неионогенных блок-сополимеров определяется молекулярной структуройгидрофильного блока и химической природой его звеньев. Сополимеры, гидрофильный блоккоторых - линейный полиэтиленоксид, способствуют увеличению количества раковых клеток,причем с ростом степени его полимеризации уменьшается концентрация полимера,способствующая увеличению количества раковых клеток.
Блок-сополимеры, гидрофильныйблок которых представлен разветвленным полиглицерином, подобным эффектом не обладают.4. Способностьпротивоопухолевoмублок-сополимеровпрепаратуподавлятьдоксорубицинуустойчивостьопределяетсяраковыхобщейклетоккгидрофобностьюмакромолекулы и объемом гидрофобного блока. Чем больше эти величины, тем меньшаяконцентрацияполимератребуетсядляподавлениямножественнойлекарственнойустойчивости раковых клеток (МЛУ). Разработан новый методический прием определенияконцентрации полимера, оптимальной для подавления МЛУ.5.
Показано, что все исследованные тритий-меченые соединения локализуются наповерхности раковых клеток в тех же условиях эксперимента, при которых они вызываютнаблюдаемые биологические эффекты. Способность блок-сополимеров оказывать разноевлияние на клетки согласуется с возможностью взаимодействия гидрофильных и гидрофобныхблоков с разными областями наружной клеточной мембраны – гликокаликсом и липиднымбислоем, соответственно.117СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Moghimi S. M., Hunter A. C.
/ Poloxamers and poloxamines in nanoparticle engineering andexperimental medicine. // Trends Biotechnol. ― 2000. ― V.18. ― № 10. ― Р. 412 - 4202. Valle J. W., Armstrong A, Newman C, Alakhov V, Pietrzynski G, Brewer J, Campbell S, Corrie P,Rowinsky E. K, Ranson M. / A phase 2 study of SP1049C, doxorubicin in P-glycoprotein-targetingPluronics, in patients with advanced adenocarcinoma of the esophagus and gastroesophagealjunction // Invest.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
