Синяя моча указала на рак прямой кишки у мышей

Ученые из Великобритании и США разработали и успешно испытали метод определения рака по цвету мочи. Для этого нужно только ввести в кровь зонды, состоящие из наночастиц золота, белка и пептидных связей, которые распознаются белками-маркерами ракового заболевания. Раковый белок разрезает пептидную связь, наночастицы попадают в мочу и придают ей синий цвет, который и выдает присутствие в организме раковых клеток. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

По мере того, как инфекции все слабее влияют на среднюю продолжительность жизни, возрастает роль сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Для того, чтобы бороться с раком эффективнее, нужно раньше его обнаруживать, ведь на шансы выживания больного время обнаружения рака играет большое значение. Например, в случае с раком груди, диагноз на начальной стадии, когда рак локализован, дает пациенту почти 100 процентов на излечение, а вот если рак выявлен на стадии, когда он дал метастазы в другие части тела, шансов остается в пять раз меньше. Один из способов выявить рак на ранних стадиях без надобности брать образцы тканей или визуального осмотра (особенно в случаях рака внутренних органов) — найти его по биомаркерам, которые можно найти в крови.

Молли Стевенс (Molly M. Stevens) из Имперского колледжа Лондона и ее коллеги предложили метод, который позволит находить рак с помощью анализа мочи. Для этого они решили использовать микроскопические сенсоры, которые содержат наночастицы золота. Золото может быть катализатором разложения перекиси водорода, что может окислить краситель — например, тетраметилбензидин, который приобретает синий цвет. Чтобы золото оказалось в моче естественным путем, нужно, чтобы его отфильтровали почки, а для этого оно должно сначала оказаться в крови.

Но при этом золото должно пройти фильтрацию, только если в крови есть какие-то характерные для рака вещества. Ученые создали комплекс, состоящий из наночастиц золота, белка и цепочек пептидов, которые золото с белком связывают. Молекула белка нейтравидина здесь играет роль якоря, который делает весь наносенсор слишком большим, чтобы он отфильтроваться в почках, а пептидная связь — это приманка, на которую реагирует фермент MMP9, выделяемый раковой опухолью. Этот фермент относится к семейству металлопротеиназ, которые рак использует для разрушения связей между соседними здоровыми клетками.

По замыслу ученых MMP9, который есть в крови ракового больного, разрезает пептидную связь между белком и золотой частицей. Золото, которое больше ничто не держит, проходит фильтрацию и попадает в мочу. А если в эту мочу добавить перекись водорода и краситель, то в присутствии золота он станет синим. Таким образом можно будет узнать, что в крови присутствуют белок, специфичный для рака. Хотя он есть и крови здоровых людей, на заболевание укажет скорость, с которой после введения в кровь нанозондов моча посинеет.

Ученые собрали зонд и после проверки на имитации мочи перешли к опытам на мышах. Для этого они использовали две группы мышей, по 14 особей в каждой. В экспериментальной группе грызунам были имплантированы клетки колоректального рака человека, а контрольная группа состояла из здоровых животных. После развития опухоли мышам ввели в кровь раствор, содержащий нанозонды с золотом, и через час собрали мышиную мочу.

Добавив в мочу больных мышей тетраметилбензидин и перекись водорода, ученые увидели насыщенный синий цвет. Моча здоровых мышей оставалась желтой. Хотя видна невооруженным глазом, ученые измерили интенсивность на колориметре. Оказалось, что сигнал мочи больных мышей в 13 раз сильнее, чем здоровых. 

Все зонды целиком вывелись из организма животных в течение четырех недель, не причинив никакого заметного вреда их здоровью. Как пишут ученые, их наносенсор может пригодиться для выявления и других видов рака, у которых есть свои характерные протеазы. Кроме рака можно обнаруживать и другие болезни, при которых повышается уровень белков-протеаз — например, тромбин связывают с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Мы уже писали о том, как по моче можно ставить диагноз. Так, например, изменение запаха мочи показало на признаки болезни Альцгеймера. Американские ученые провели исследование на мышах с геном белка-предшественника амилоида APP, ответственного за повление характерных бляшек при болезни Альцгеймера. Оказалось, что изменения запаха мочи этих мышей появляются раньше, чем поражения мозга.

Максим Абдулаев