Наночастицы – будущее диагностики и лечения рака

В настоящее время методы использования наночастиц в диагностике и лечении опухолей стремительно приближаются к внедрению в клиническую практику. Наночастицы представляют собой мельчайшие, не более одной миллионной метра, структуры различной формы: шарики, трубочки, сферы, капсулы, способные перемещаться к опухолевым клеткам, не повреждая окружающие ткани.

(Более ранние публикации на эту тему в «Коммерческой биотехнологии»: «Наночастицы готовятся к борьбе с раком», «Золотые«киллеры» раковых клеток», «Нанокапсулыиз РНК доставят лекарства в раковые клетки», «Наночастицы нагревают раковые клетки».)


Схема c сайта National Cancer Institute

Конечно, на детальную разработку и официальное внедрение наночастиц в практическую медицину уйдет еще не один год, однако некоторые из них уже проходят тестирование на пациентах, а еще целый ряд стоит на пороге клинических испытаний.

Пресс-конференция «Достижения нанотехнологии в диагностике и лечении рака», проводившаяся в рамках международной конференции «Молекулярные мишени и методы терапии рака», проходившей 14-18 ноября этого года в Пенсильвании, США, была полностью посвящена развитию этого нового направления в медицине.

Мы предлагаем вашему вниманию информацию о некоторых наиболее перспективных разработках в этой области.

Однослойные углеродные нанотрубки с адсорбированными антителами для обнаружения клеток рака груди

Биохимики и инженеры университета Дэлавера (Ньюарк, США) под руководством Балайи Панчапакесан (Balaji Panchapakesan) разработали способ выявления клеток рака груди с помощью покрытых антителами углеродных нанотрубок. Антитела, своего рода управляемые снаряды, специфичные к рецептору инсулиноподобного фактора роста I (IGF1R), экспрессирующемуся на большинстве злокачественных клеток, находят эти клетки и связываются с ними. При помещении образующегося комплекса между электродами происходит изменение его электропроводимости, причем оно прямо пропорционально количеству рецепторов, экспрессируемых на поверхности клеток.

Результаты этих разработок могут лечь в основу метода обнаружения опухолевых клеток в крови, как в случае образования новой опухоли, так и в случае рецидива опухоли или микрометастазов, оставшихся после проведенного ранее лечения.

Кроме экономической рентабельности, важным достоинством этого метода является то, что он позволяет определить злокачественность клеток в течение нескольких минут, в отличие от нескольких часов или даже дней, требующихся для применяемых в настоящее время методов.

Авторы планируют протестировать свою методику с использованием антител к другим маркерам рака груди, а также белкам, характерным для других видов опухолей.

Иммунонаносферы для избирательной фототермической терапии и наносферы для комбинированной терапии рака и визуализации опухолей

В университете Райса (Хьюстон, США) ведется разработка нового подхода к лечению рака, основанного на двух приемах, которые безвредны сами по себе, но при совместном использовании губительны для опухолевых клеток.


Наносфера. Рисунок с сайта Alliancefor Nanohealth

В методике используются структуры, называемые «наносферами» и представляющие собой микроскопические силиконовые шарики, покрытые тончайшим слоем золота, а также свет длинноволновой инфракрасной области спектра. Наносферы нетоксичны и выводятся из организма без каких-либо побочных эффектов, а длинноволновое ИК-излучение, испускаемое лазером, практически не взаимодействует с тканями организма.

При введении наносфер экспериментальным животным, больным раком, происходит их аккумуляция в опухоли. Последующее воздействие длинноволнового ИК света разогревает золотую оболочку частиц, что приводит к гибели опухолевых клеток. Кроме того, благодаря своему размеру – несколько нанометров в диаметре – наносферы взаимодействуют со светом определенным образом, что позволяет, меняя размер ядра и оболочки, «настраивать» их на определенную длину световой волны.

Одна из групп исследователей вводила наносферы в кровь экспериментальных животных с раком прямой кишки. При этом уверенность в том, что частицы аккумулируются именно в области опухоли, основывалась на ранее полученных результатах. Это происходит благодаря тому, что стенки кровеносных сосудов, формирующихся в быстрорастущих сОлидных опухолях, неполноценны и сильно проницаемы; таким образом, наночастицы, путешествующие по кровотоку, в конечном итоге попадают из таких «протекающих» сосудов в ткань опухоли. Опухоль, в свою очередь, постепенно выводит их в окружающие ткани. При этом покрытые защитным слоем полиэтиленгликоля (ПЭГ) наносферы «невидимы» для иммунной системы организма.

Через двадцать часов после введения наносфер ученые получают возможность визуализировать наличие их в опухоли с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ), используемой дерматологами для обнаружения рака кожи. После этого опухоль может быть уничтожена с помощью ИК-излучения.

Вторая группа занималась усовершенствованием метода доставки наночастиц к опухолям. Использование несовершенства кровеносных сосудов опухолей не позволяет обнаружить маленькие зарождающиеся опухоли, недостаточно зрелые для образования собственной системы кровоснабжения. Для решения этой проблемы были сконструированы «иммунонаносферы» – наносферы, к которым, поверх золотого слоя, прикрепляются антитела, специфичные к опухолевым маркерам и позволяющие обнаружить опухоль в любой части тела.

Пока эта модификация метода проверялась только «в пробирке». К наносферам прикреплялись антитела, специфичные к маркеру рака груди HER2. При пропускании ИК-излучения через суспензию происходила гибель только экспрессирующих HER2клеток. Следующим шагом разработчиков будет тестирование метода на лабораторных животных.

Лечение рака груди с помощью комбинации люлиберина, цитотоксического белка и наночастиц оксида железа

Исследователи пеннингтонского центра биомедицинских исследований под руководством Каролы Лейшнер (Carola Leuschner) использовали в своей работе другой подход.

С учетом большого количества рецепторов к люлиберину (гормону, стимулирующему выработку лютеинизирующего гормона) на клетках рака молочной железы они создали молекулярный комплекс, состоящий из люлиберина, цитотоксического препарата Гекат (Hecate) и суперпарамагнитной частицы оксида железа диаметром 10 нм.

Тестирование метода проводилось на двух культурах раковых клеток и контрольной культуре мышиных клеток. Оказалось, что комплекс эффективно уничтожает опухолевые клетки лишь в том случае, когда люлиберин и гекат наносятся на наночастицу по отдельности, а не в виде комплекса, так как для полноценной реакции необходим контакт обоих соединений с клеточной мембраной.

В опытах на иммунодефицитных мышах с привитым раком груди человека было доказано, что обнаружение опухолевых клеток в организме и связывание с ними происходит именно за счет наличия на поверхности наночастицы гормона люлиберина, так как при его отсутствии в комплексе или предварительном введении соответствующие рецепторы блокировались и уничтожения клеток не происходило.

Разработчики считают, что применение этого метода перспективно как для визуализации и лечения опухолей, так и для мониторинга ответа опухолей на лечение. Кроме рака груди, он может быть использован при опухолях толстого кишечника, легких, яичников, а также меланомы и неходжкинской лимфомы.

Сейчас ведется работа по оптимизации доз гормона и лекарства на поверхности частиц в целях возможного снижения стоимости комплекса.

Опухоль-ориентированные системы доставки

Эстер Чанг (Esther H. Chang) из Медицинского центра Джорджтаунского университета (Вашингтон, США) с коллегами создали липосомные наночастицы, которые, благодаря антителам, покрывающим их поверхность, способны находить опухоль в любой части организма. Внутри липосом содержится ген p53, кодирующий белок, запускающий апоптоз – процесс самоуничтожения клетки в случае ее генетического повреждения. При связывании антител с рецепторами трансферрина, в избытке присутствующими на поверхности раковых клеток, содержимое липосом перемещается внутрь клеток, что приводит к их гибели.

В более чем 50% случаев злокачественные клетки имеют мутацию в гене p53, являющемся «охранником» генома, так как он обеспечивает избавление от генетически измененных клеток. Авторы считают, что внесение нормальной версии этого гена в патологические клетки повысит эффективность радио- и химиотерапии, действие которых направленно на разрушение генов злокачественных клеток.

В доклинических испытаниях на животных метод достоверно повышал эффективность других терапевтических приемов, причем повреждения нормальных клеток во время лечения зарегистрировано не было.

Фаза I клинических испытаний нанолипосом уже начата. Планируется включение в программу 20 пациентов с прогрессирующими опухолями головы, шеи, предстательной железы, поджелудочной железы, груди, желчного пузыря, толстого кишечника, шейки матки, мозга, кожи и легких.

Эта методика также может быть использована для доставки в опухоль контрастных веществ с целью ее обнаружения и анализа структуры для постановки точного диагноза.

Таким образом, нет оснований сомневаться, что в недалеком будущем многие проблемы диагностики и лечения онкологических заболеваний лягут на плечи маленьких, но эффективных наночастиц.


С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте American Association for Cancer Research.

Интернет-журнал "Коммерческая биотехнология" http://www.cbio.ru/