1.3. Защита тканей организма от свободных радикалов с помощью углеродных наночастиц

Ущерб, наносимый организму химио- и радиотерапией, во многом обусловлен выработкой свободных радикалов, поражающих клеточные структуры. В результате этих процессов у пациентов выпадают волосы, может наблюдаться потеря слуха, развитие почечной или сердечной недостаточности, а также ряд других побочных эффектов.

Идея создания средства, способного защитить нормальные клетки от действия свободных форм кислорода, давно занимает не одну группу разработчиков. А использование единственного имеющегося в настоящее время на рынке препарата амифостин (Amifostine) очень ограничено в силу оказываемых им самим токсических эффектов.

Достойным претендентом на эту роль выглядит препараты на основе фуллеренов (fullerene) – наночастиц, представляющих собой полые молекулы-многогранники (наиболее известна молекула из 60 атомов углерода в форме футбольного мяча), способные нейтрализовать активные радикалы. Именно такая форма фуллерена лежит в основе соединения CD60_DF1, запатентованного фармацевтической компанией CSixty и находящегося на стадии разработки.

Для изучения эффективности CD60_DF1 исследователи университета им. Томаса Джефферсона использовали эмбрионы zebrafish – полосатого данио (Brachydanio rerio). Эмбрионы этих небольших рыбок прозрачны и широко используются в лабораторной практике для изучения процессов эмбриогенеза и внутриутробного развития.

Эмбрионы подвергались воздействию различных доз ионизирующего излучения и одновременно обрабатывались CD60_DF1 или амифостином в качестве контроля. Применение обоих препаратов снижало уровень повреждения, причиняемого излучением, примерно на две трети. Наночастицы фуллерена (CD60_DF1) представляют собой совершенно новый класс радиопротекторных средств. По словам руководителя работы Адама Дикера (Adam Dicker), они эффективно связываются с активными радикалами кислорода и инактивируют их, при этом не причиняют никакого вреда тканям организма и легко выводятся. Эти частицы могут быть использованы не только в качестве вспомогательной терапии при лечении рака, но и для тотальной защиты организма от радиации. Однако препарат все еще находится на стадии разработки и одним из вопросов, который предстоит решить его создателям, является поиск способа прицельной доставки наночастиц в здоровые ткани организма.

1.4. 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. История использования наночастиц золота человеком насчитывает 50 лет. Например, в прошлом радиоактивная форма коллоидного золота применялась для обнаружения злокачественных лимфом. Было показано, что наночастицы золота могут связываться с раковыми клетками, облегчая их обнаружение. И, как оказалось, это не единственное свойство золотых наночастиц! Абсорбируясь на раковых клетках, наночастицы убивают их. Многие раковые клетки несут на своей поверхности белок, известный как рецептор эпидермального фактора роста (epidermal growth factor receptor, EGFR), тогда как типичные здоровые клетки не экспрессируют его. Золотые наночастицы посредством конъюгации или связывания присоединяются к антителам против EGFR (anti-EGFR). Благодаря этому осуществляется специфическая доставка наночастиц в раковые клетки. В данном исследовании ученые культивировали две линии клеток сквамозной карциномы полости рта и одну линию доброкачественных эпителиальных клеток с anti-EFGR, конъюгированными наночастицами золота. Затем эти конструкции подвергались воздействию лазера. Энергия лазера, достаточная для «убийства» раковых клеток, была в два раза меньше, чем та, которая приводит к разрушению нормальных клеток. В отсутствие наночастиц золота при этих слабых лазерных потоках фототермическая деструкция ни злокачественных, ни доброкачественных клеток не наблюдалась. 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.Таким образом, появилась реальная возможность применения наночастиц для неинвазивного обнаружения и лечения рака. Частицы могут быть использованы для создания множества агентов, нацеленных против любого ракового заболевания. Несмотря на то, что предстоит немалая работа по их созданию, разработчики надеются, что предложенный ими метод будет внедрен в клиническую практику диагностики и лечения рака.

Разработанная технология не вызывает токсических эффектов в человеческих клетках. Методика отличается простотой исполнения и дешевизной. Ее применение позволит сэкономить время, расходы и усилия при исследованиях, постановке диагноза и лечении рака.

1.5. 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.