«Нанопузырьки» помогут химиопрепаратам направленно уничтожать раковые клетки

Ученые из Университета Райса (Rice University), Онкологического центра Андерсона при Университете Техаса (University of Texas MD Anderson Cancer Center) и Медицинского Колледжа Бэйлора (Baylor College of Medicine, BCM) (США) разрабатывают новый метод введения лекарственных средств и препаратов для генотерапии в раковые клетки. В экспериментах на резистентных к воздействию лекарственных препаратов раковых клетках ученые выяснили, что доставка химиотерапевтических средств с помощью нанопузырьков в 30 раз увеличивает эффективность уничтожения раковых клеток, по сравнению с традиционным медикаментозным лечением, и позволяет использовать менее одной десятой рекомендуемой в настоящее время клинической дозы препарата.

«Наш метод позволяет доставлять противораковые лекарственные средства и препараты для генотерапии в конкретную клетку», - рассказал руководитель исследования Дмитрий Лапотко (Dmitri Lapotko), биолог и физик из Университета Райса. Разработанная ученым методика плазмонных нанопузырьков является предметом четырех новых рецензируемых исследований. Результаты одного из этих исследований недавно были опубликованы в журнале PLoS ONE, результаты другого – будут опубликованы в этом месяце журнале Biomaterials. «Не оказывая воздействия на здоровые клетки и доставляя лекарственный препарат непосредственно внутрь раковых клеток, мы можем одновременно усилить эффективность лекарства и снизить его дозировку», - говорит ученый.

Создание методов направленной доставки лекарственных препаратов в раковые клетки без нанесения вреда здоровым клеткам в настоящий момент представляет сложность для ученых. Разрешить эту проблему могло бы разделение раковых и здоровых клеток, однако это дорого и трудозатратно. Ученые пытались воздействовать на раковые клетки наночастицами, но недостаток этого метода заключается в том, что наночастицы могут попасть также в здоровые клетки, и присоединенные к ним лекарственные препараты приведут к гибели клеток.

Нанопузырьки, разработанные учеными из Университета Райса, не являются наночастицами. Они представляют собой мельчайшие пузырьки воздуха и водяного пара, возникающие в момент, когда лазерный луч направляется на кластер наночастиц. Пузырьки образуются непосредственно у поверхности раковых клеток, и по мере того как они увеличиваются в объеме и лопаются, на поверхности клеток на некоторое время образуются небольшие отверстия, в которые и проникают противоопухолевые лекарственные препараты. Для того чтобы образовались нанопузырьки, ученые должны сначала доставить внутрь раковых клеток золотые нанокластеры. Для этого золотые наночастицы метятся антителами к поверхностным белкам раковой клетки. Клетки поглощают золотые наночастицы и депонируют их под мембраной.

Здоровые клетки поглощают только несколько золотых наночастиц, а раковые клетки – значительно большее их количество. Селективность метода основана на том, что минимальный пороговый уровень лазерного излучения, необходимого для формирования нанопузырька в раковой клетке, является слишком низким для формирования нанопузырька в здоровой клетке.

«Новый метод потребует провести большое количество исследований, в том числе на животных, прежде чем технология будет готова к тестированию на человеке», - говорит Лапотко.

Исследование, результаты которого были опубликованы в этом месяце в журнале Biomaterials, было связано с селективной генетической модификацией человеческих T-лимфоцитов для целей противораковой клеточной терапии. Результаты исследования, одним из руководителей которого был доктор Мальколм Бреннер (Malcolm Brenner), профессор медицины и педиатрии из BCM и директор Центра клеточной и генной терапии при BCM (BCM 's Center for Cell and Gene Therapy), показали, что метод «способен совершить революцию в области доставки лекарственных препаратов и генной терапии при различных способах его применения».

«Метод нанопузырьков – совершенно новый подход к доставке лекарств и генов в организм, - отмечает Бреннер. - Он открывает большие перспективы для направленного уничтожения раковых клеток без вреда для здоровых».

Два недавно проведенных под руководством Лапотко и доктора Андерсона Хиангвея Ву (Anderson Xiangwei Wu) исследования, результаты которых были опубликованы в феврале в журнале Biomaterials и в марте в журнале [url=http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-4095]Advanced Materials[/url], показали, что доставка лекарственных препаратов через клеточную мембрану раковых клеток может значительно повысить эффективность уничтожения клеток лекарственными препаратами.

Исследование было финансировано Национальными Институтами Здоровья США (National Institutes of Health).



Dmitri Lapotko. (фото: Jeff Fitlow/Rice University)

По материалам Rice University

Литература:
1. Ekaterina Y. Lukianova-Hleb, Andrey Belyanin, Shruti Kashinath, Xiangwei Wu, Dmitri O. Lapotko. Plasmonic nanobubble-enhanced endosomal escape processes for selective and guided intracellular delivery of chemotherapy to drug-resistant cancer cells. Biomaterials, 2012; 33 (6): 1821 DOI: 10.1016/j.biomaterials.2011.11.015
2. Ekaterina Y. Lukianova-Hleb, Xiaoyang Ren, Joseph A. Zasadzinski, Xiangwei Wu, Dmitri O. Lapotko. Plasmonic Nanobubbles Enhance Efficacy and Selectivity of Chemotherapy Against Drug-Resistant Cancer Cells. Advanced Materials, 2012; DOI: [url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201103550/abstract;jsessionid=1DA90B949285622A0516A56FC060F095.d02t04]10.1002/adma.201103550[/url]
3. Ekaterina Y. Lukianova-Hleb, Xiaoyang Ren, Pamela E. Constantinou, Brian P. Danysh, Derek L. Shenefelt, Daniel D. Carson, Mary C. Farach-Carson, Vladimir A. Kulchitsky, Xiangwei Wu, Daniel S. Wagner, Dmitri O. Lapotko. Improved Cellular Specificity of Plasmonic Nanobubbles versus Nanoparticles in Heterogeneous Cell Systems. PLoS ONE, 2012; 7 (4): e34537 DOI: 10.1371/journal.pone.0034537