Омолодить стволовые клетки и вылечить рак: работа казахстанских ученых

Ведущий научный сотрудник лаборатории биоинженерии и регенеративной медицины "National Laboratory Astana" при NU Бауыржан Умбаев рассказал корреспонденту ИА EL.kz о своих научных исследованиях, нацеленных на разработку лекарства от рака, также высказал своё мнение о недостатках казахстанской науки.

В 2011 году был основан Центр Наук о Жизни (ЦНЖ), который привлёк множество талантливых учёных, в том числе и выпускников программы Болашак. Одним из них была Шолпан Аскарова, которая в этот период защитила свой PhD в области биоинженерии в Университете Миссури. Она пригласила Бауыржана в свою лабораторию, и в декабре 2012 года он присоединился к Назарбаев университету.

Когда в 2011-2012 годах ЦНЖ только формировал свою лабораторную инфраструктуру, Шолпан выиграла проект по восстановлению функции печени с использованием клеточной терапии. Учитывая, что направление исследований на биологическом факультете также касалось регенерации печени, часть работ по данному проекту выполняли в КазНУ как внештатные сотрудники. После 1 года работы в качестве внештатного сотрудника Умбаев, по рекомендации Шолпан, подал документы для участия в конкурсе на должность старшего научного сотрудника. И в 2012 году стал сотрудником ЦНЖ, а в 2015 году вместе с коллективом ЦНЖ стал сотрудником частного учреждения National Laboratory Astana.

Ранее учёный закончил биологический факультет Казахского национального университета имени Аль-Фараби. В 2005 году в Казахстане была запущена первая программа PhD, и в 2008 году Умбаев получил степень доктора философии в области биологии в КазНУ им аль-Фараби.

Умбаева интересовала тема регулирования старения стволовых клеток. Он ознакомился с многими научными исследованиями и из всех направлений особенно заинтересовала тема обратимости старения стволовых клеток. Самый перспективный вид стволовых клеток — это мехенхимальные стволовые клетки. По словам ученого, в ЦНЖ он ознакомился с множеством научных исследований, и из всех направлений его заинтересовала тема обратимости старения стволовых клеток.

"Многочисленные исследования показали потенциальную эффективность терапии мезенхимальными стволовыми клетками (МСК) при различных заболеваниях, таких как инфаркт, инсульт и диабет и других заболеваний. Однако множество работ свидетельствует о том, что, на функции стволовых клеток оказывает сложное воздействие возраст донора. Известно, что стволовые клетки от пациентов пожилого возраста человека не будут функционировать так же, как и от более молодых пациентов. Поэтому, я искал методы как можно омолодить стволовые клетки. И я обратил внимание на белок Cdc42, который действует как регулятор движения клеток, помогая им делиться, сохранять форму и нормально двигаться. Функции этого белка нарушаются при старении и раковых заболеваний", — начал учёный.

В 2014-2018 исследовательская группа продемонстрировала, что его активность повышается при старении в мезенхимальных стволовых клетках и подавление активности Cdc42 может частично омолаживать клетки.

В 2020 году группе учёных удалось выиграть грант в рамках программы The Collaborative Research Program, финансируемой Назарбаев университетом. Они продемонстрировали, что подавление активности белка CDC42 в старых МСК приводит к ускоренному заживлению переломов.

Кроме того, Бауыржан Умбаев занимается разработкой препарата для лечения рака толстой кишки. При данном заболевании белок CDC42 становится чрезмерно активным, стимулируя рост и распространение раковых клеток. Учёный утверждает, что снижение активности данного белка может привести к победе над раком. В настоящее время он работает над таргетной системой доставки противоракового препарата в нужные клетки организма.

При многих типах рака, особенно при раке толстой кишки, белок Cdc42 становится чрезмерно активным, вызывая рост и распространение раковых клеток. Учёные полагают, что, если мы сможем снизить активность Cdc42 в опухоли, появляется возмоэность эффективно бороться с раком. Для этого можно использовать специальные препараты, называемые ингибиторами Cdc42. Проблема заключается в том, что эти лекарства плохо растворяются в воде и быстро выводятся из организма. Более того, они могут воздействовать на здоровые клетки, вызывая нежелательные побочные эффекты. Поэтому при раке толстой кишки лучший способ вводить лекарство в толстую кишку через прямую кишку. Чтобы препарат попадал туда, куда нужно, учёные предлагают использовать специальный гель. Этот гель помогает частицам лекарства распределяться и оставаться в нужном месте. Также используются наночастицы, изготовленные из безопасных материалов, в которые загружают ингибитор Cdc42. Чтобы убедиться, что они прилипают только к раковым клеткам, к ним прикрепляют специфическую цепочку ДНК, которая называется аптамер.

Этот аптамер будет связываться только с специфической мишенью на поверхности раковой клетки и не будет связываться со здоровыми клетками. Короче говоря, мы работаем над таргетной системой доставки противоракового препарата для лечения рака толстой кишки. Он состоит из трёх основных частей: препарата, который борется с Cdc42, наночастиц, которые действуют как грузовики для доставки, и специального геля. Мы проверяем, насколько хорошо эта система работает в лаборатории, используя клетки и лабораторных мышей, чтобы убедиться в её безопасности и эффективности.

"Наша таргетная система включает в себя три основных компонента: препарат, направленный против CDC42, наночастицы в качестве грузовиков для доставки и специальный гель. Мы тестируем эту систему в лабораторных условиях, используя клетки и лабораторных мышей, чтобы обеспечить её безопасность и эффективность. Этот проект появился в результате сотрудничества с группой химиков Назарбаев университета под руководством Элины Мун. Мы помогали им проводить исследования на наночастиц на основе кремния на животных. Мне очень понравились их исследования и меня как раз волновал вопрос как можно доставить ингибитор Cdc42 к клеткам без побочных действий на здоровые клетки. Элина Мун посоветовало провести обсуждение данного вопроса с известным учёным химиком профессором Редингским Университетом Виталием Хуторянским. В результате мозгового штурма и появилась идея проекта", — поделился Умбаев.

В 2022 году учёным удалось выиграть грант Министерства науки и высшего образования. В результате исследований была создана наночастица PEG-PLGA, которая способна подавлять рост, миграцию и инвазивность раковых клеток. В рамках этого проекта также будут проводиться эксперименты на животных для изучения биораспределения.

"Мы стараемся вовлекать студентов в наши исследования. В рамках проекта по созданию более продвинутой формы данной наночастицы участвуют PhD студент Школы медицины, студентка бакалавриата NU и магистрант ЕНУ имени Л.Н. Гумилева. Также в исследование будут вовлечены студенты КазНУ имени аль-Фараби", — отметил Бауржан.

Учёный поделился своими мыслями о казахстанской науке и остановился на её недостатках. Он утверждает, что наука в Казахстане никогда не умирала, даже в самые тяжелые времена – 90-е годы.

"Я помню времена, когда финансирование науки было минимальным, и в науке остались только энтузиасты, которые продолжали вести исследования и пытались выжить в этих непростых условиях. Большие изменения начались с 2019 года, когда сделали более-менее прозрачную систему распределения грантов и увеличили финансирование. Сейчас у большинства учёных есть возможность выиграть проекты и это радует.

Однако многие казахстанские научные учреждения нуждаются в обновлении инфраструктуры: в региональных вузах отсутствует необходимое оборудование, а в национальных учреждениях – современное. Другой проблемой является отсутствие национального графика научных конкурсов, грантов и программ. Учёные не могут планировать своё участие в конкурсах министерства", — подчеркнул он.