Алмазные наночастицы для лечения рака

Наноалмазы (светятся зеленым) могут сделать противораковые препараты более эффективными (фото: Science/AAAS)

Противораковые препараты зачастую теряют эффективность, так как раковые клетки способны избавляться от них, выбрасывая в межклеточную среду, еще до того, как препараты начнут работать. Такой тип лекарственной устойчивости (невосприимчивости к лекарственным препаратам) становится причиной до 90% случаев неудачного лечения злокачественных опухолей.

Наноалмазы представляют собой углеродные частицы диаметром 2-8 нм, имеющие сложную восьмигранную структуру, которая позволяет им избежать выведения из клетки транспортными белками. Таким образом, препарат, связанный с наноалмазом, будет оставаться внутри клетки.

По словам руководителя исследования Дина Хо (Dean Ho), биомедицинского инженера из Северо-Западного Университета (Northwestern University), поверхность алмазных наночастиц придает им особые свойства. Ограненная поверхность алмаза несет электрический заряд. Препарат может присоединиться, например, к незаряженной поверхности, в то время как другая грань останется заряженной, обеспечивая «растворение» наночастиц в жидкой среде.

Некоторые наночастицы, изготовленные, например, из PLGA (сополимера лактида и полигликолиевой кислоты), уже используются в клинической практике для доставки препаратов в клетки, однако эти частицы не обладают многогранностью.

Дешевые и нетоксичные

«Наноалмазы не токсичны и не вызывают воспалительных реакций. Кроме того, при производстве в больших количествах они относительно дешевы, - говорит Хо, - Первая идея по использованию наноалмазов заключалась в применении их в автомобильной индустрии в качестве агентов, снижающих трение в двигателе».

Исследование проводилось на мышах с опухолями печени, которых лечили противораковым препаратом доксорибуцином, присоединенным к алмазным наночастицам. Контрольную группу составили животные, получившие обычную терапию доксорибуцином. Спустя 2 дня после лечения ученые проверили уровень препарата в опухолевых клетках и обнаружили, что у животных экспериментальной группы уровень доксорибуцина в клетках оказался в 10 раз выше, чем у животных из контрольной группы, и оставался таковым на протяжении 7 суток. Кроме того, опухоли у мышей из экспериментальной группы значительно уменьшились, и животные жили достоверно дольше, чем животные из группы контроля.

Ученые также протестировали наноалмазы на более сложной модели рака молочной железы, устойчивого к доксорубицину. Было выяснено, что препарат в комплексе с алмазными наночастицами работает лучше. Более того, наноалмазы снижали токсичность препарата, так как его поступление к клеткам происходило медленнее. Если доза свободного препарата могла убить мышь, то та же доза, но в комплексе с наноалмазами, даже не приводила к снижению веса животного.

Однако концепция использования наноалмазов для доставки препаратов в клетки все еще находится на ранней стадии разработки. «Еще никто не тестировал алмазные наночастицы на человеческом организме, - комментирует Роберт Лангер (Robert Langer), биохимик из Технологического Института Массачусетса (Massachusetts Institute of Technology, США), - Мне бы хотелось понять, в чем существенное преимущество этого материала перед теми, которые уже используются в клинической практике и одобрены Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США (Food and Drug Administration, FDA)».

По мнению биоинженера Тима Деминга (Tim Deming) из Калифорнийского Института Наносистем (California NanoSystems Institute) при Калифорнийском Университете Санта-Барбары (University of California, Santa Barbara), может потребоваться переработка концепции: «Синтетические полимеры имеют воспроизводимые свойства и строение, кроме того, их структуру можно регулировать. А использование наноалмазов в клинической практике потребует очень тщательной стандартизации процесса производства».

По материалам:
NatureNews

Литература:
1. Chow, E. et al. Sci. Trans. Med. 3. (2011).