Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Магнитные поля в экспериментальной и клинической онкологии
.pdf
результат при магнитной гипертермии. Описаны различные способы обеспечения эффективного применения (введения) магнитных наночастиц для гипертермии в онкологии [263, 304].
О возможностях, достоинствах и недостатках различных
способов магнитной гипертермии свидетельствуют приводимые
ниже результаты как экспериментальных, так и клинических исследований, выполненных на различных нозологических формах
опухолей с использованием различных магнитных материалов
и технологий воздействия.
Экспериментальные исследования. Впервые магнитную
гипертермию, по-видимому, использовали при лечении крыс
с опухолями молочной железы. 100 мг магнетита, диаметр частиц которого составлял около 6 нм, вводили в хвостовую вену
крысы в течение 10 мин и через 48 ч после этого животных облучали переменным магнитным полем (0,45 мГц) в течение 12 мин.
Температура в опухоли повышалась на 8 °С за время процедуры. В результате воздействия опухоли некротизировались у 11 из
12 опытных животных. При вскрытии (через неделю) животных
большую часть введенного магнетита обнаружили в печени, селезенке и почках. Некоторое количество магнетита находилось
в некротизированных опухолевых клетках [297].
Кроликам с опухолями VX2 внутриартериально вводили суспензию силиконированных частиц феррита (0,1–1 мкм) и в последующем воздействовали переменным магнитным полем.
Некроз опухоли удалось вызвать у всех экспериментальных животных. После проведенной магнитной гипертермии кролики
прожили еще 3 года [332].
L. Du et al. изучили влияние локальной магнитной гипертермии на экспериментальную опухоль (14-дневную) печени
у кроликов. Как показали исследования, магнитная гипертермия
(300 кГц, 28,6–110,2 Гс) вызывала достоверное по сравнению
с контролем торможение роста опухоли как после однократного
(на 71,9–79,9%), так и особенно после двухкратного (на 92,3–
94,5%) воздействия (рис. 14). Авторы подчеркивают, что этот метод может рассматриваться как эффективный и перспективный
способ лечения рака печени человека [286].
161
Максимальный диаметр, смОбъем опухоли, см
До гипертермии
После гипертермии
a
До гипертермии
3
После гипертермии
б
Рис. 14. Сравнение среднего максимального диаметра (a) и среднего обьема
(б) опухоли до и после гипертермии во всех группах: PT – размещение
оптоволоконных проб; NS – инъекция нормального физиологического
раствора; MF – инъекция только магнитной жидкости без нагревания;
MFH1 – инъекция магнитной жидкости и однократная гипертермия;
MFH2 – инъекция магнитной жидкости и повторная гипертермия через 5 дней
162
Имеется сообщение об использовании магнитно-жидкостной
гипертермии для терапии глиобластомы у крыс. Метод состоял
в том, что в опухоль с помощью направленного транспорта или
под наркозом вводят жидкость, содержащую наночастицы оксида
железа. Затем опухоль подвергается воздействию внешнего магнитного поля, в результате чего наночастицы железа нагреваются
до 47 °С и вызывают разрушение опухолевой ткани. Две таких
процедуры позволили продлить продолжительность жизни подопытных животных более чем в четыре раза – с 8 до 35 дней [283].
Исследования на крысах с глиомой Т-9 показали, что магнитная гипертермия индуцирует противоопухолевый иммунитет. Опухоли у крыс исчезали после трехкратной магнитной
(30,7 кА/м) гипертермии по 30 мин в течение 30 дней и в течение 3 мес. не рецидивировали [334]. Можно полагать, что белки
теплового шока маскируют опухолевые антигены и снятие этого
эффекта гипертермией может быть тем механизмом, который ответственен за повышение противоопухолевого иммунитета.
Известен положительный опыт использования для индукционной гипертермии наночастиц (7 нм) оксида железа, покрытых карбодекстраном (Ferucarbotran). Исследования проводились
на мышах, которым имплантировались клетки немелкоклеточного рака человека. Магнитная гипертермия (142 кГц, 20–24 мТл),
обеспечившая поддержание в опухоли в течение 20 мин температуры на уровне 43–45 °С, вызывала достоверное торможение
роста опухоли, повышение апоптотического индекса и некроз
в опухолевых клетках, отсутствовавший в контроле [260].
Для повышения тропизма наночастиц к опухоли, как уже отмечалось, можно использовать антитела к антигенам опухоли.
Примером может служить применение герцептина (антитела
к опухолевым клеткам, экспрессирующим рецепторы Her2.
Полный некроз опухолевых клеток молочной железы человека
наблюдали у мышей после магнитной гипертермии в течение
14 дней с использованием функционализированных наноча стиц, которые вводили прямо в опухоль. Мышей подвергали
такой терапии 30 мин 2 раза (температура при этом в опухоли
повышалась до 45 °С). Переменное магнитное поле (118 кГц)
163
создавали с помощью горизонтальной катушки. Объем опухоли
заметно уменьшался в течение 1-й недели после процедуры, почти полностью опухоль исчезала в течение 14 дней и рецидив
отсут ствовал на протяжении всего периода (9–10 недель) наблюдения [36, 277].
Продемонстрирована эффективность магнитной гипертермии
при раке поджелудочной железы у мышей, для доставки наночастиц в опухоль у которых использовались клеточные носители.
Трехкратное воздействие магнитным полем (50 мТл, 100 кГц) на
опухоль в этих условиях достоверно повышало выживаемость
животных-опухоленосителей [274].
Весьма обширные экспериментальные исследования эффективности ферромагнитной гипертермии при злокачественных
опухолях провели сотрудники Института тепло- и массообмена
им. А. В. Лыкова и Института физиологии НАН Беларуси, а также РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. Александрова. Используемый ими метод магнитной гипертермии
отличался, как уже упоминалось, применением более крупных
(50–100 нм) наночастиц феррита кобальта с магнитным гистерезисом и более сильных магнитных полей гораздо меньшей частоты [207].
Эксперименты, выполненные на крысах с альвеолярным раком печени (РС-1), показали, что применение низкочастотной
ферромагнитной гипертермии сопровождается разрушением (некрозом) опухоли. При температуре в нижнем полюсе опухоли
43 °С объемная доля некроза составила 60–70%, а при температуре 44 °С – 70–100%. При этом отмечалась корреляция между
объемной долей некроза опухоли и полным количеством выделившийся во время процедуры энергии. Полное разрушение опухоли, как правило, достигается при значении полного тепловыделения около 2–3 кДж/см [141].
Последующие исследования выполнены на мышах линии Af
с перевиваемой карциномой Эрлиха при варьировании условий
проведения эксперимента. Схема использованной экспериментальной установки приведена на рис. 15. В результате проведения
исследований установлено:
164
ПК УМЗЧ
АЦП
Соленоид
Термопары
Датчик тока
Рис. 15. Схема экспериментальной установки для ферромагнитной
гипертермии. Переменное поле создается в соленоиде, образующем
с конденсатором последовательный резонансный контур. Задающий сигнал
с резонансной частотой выдается звуковой платой ПК и поступает на вход
усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Амплитуда поля регулируется
ПК для поддержания заданной температуры в опухоли путем изменения
амплитуды задающего сигнала по результатам анализа данных, поступающих
через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) от датчика тока в соленоиде
и контрольной термопары
Конденсатор
1) однократная процедура локальной магнитной гипертермии
при 44–46 °С оказывает достоверное противоопухолевое действие; наиболее выраженный противоопухолевый эффект наблюдается при поддержании в течение 15 мин температуры в опухоли
46 °С и заключается в торможении опухолевого роста, увеличении продолжительности жизни опухоленосителей или полном
регрессе опухоли у значительной части животных;
2) эффективность локальной ферромагнитной гипертермии
зависит как от заданной температуры, поддерживаемой на краю
опухоли, так и от температуры, достигаемой в центре опухоли
в процессе процедуры;
3) наиболее полное разрушение опухоли происходит при равномерном распределении в ней ферромагнитных частиц;
4) вероятность полной регрессии опухоли после магнитной
гипертермии обратно коррелирует с размером опухоли;
165
5) двухкратное проведение ферромагнитной гипертермии
с интервалом 7 суток позволяет добиться регрессии опухолей
большего объема и у большего количества животных-опухоленосителей по сравнению с однократным воздействием при тех же
условиях;
6) при комбинировании магнитной гипертермии с введением циклофосфана регресс опухоли отмечался в 80% случаев,
а у остальных подопытных животных наблюдалось выраженное
торможение роста опухоли и увеличение продолжительности
жизни опухоленосителей [183, 184].
Представленные результаты экспериментальных исследований, выполненных с различными способами магнитной гипертермии, являются хотя и не однозначными, но вполне обнадеживающими, позволяющими говорить о перспективности
разработки и апробации этой технологии в клинической онкологии. Как полагают В. Ю. Науменко и соавт., использование магнитных наночастиц на основе оксидов железа создает шанс «получить недорогой метод лечения рака с большей вероятностью
успеха, чем может гарантировать химиотерапия. Раковые клетки
не могут развить резистентность к физическим методам. Они могут стать резистентными к химиотерапии, но не могут противостоять вызывающему их гибель нагреванию» [36]. Важно также,
что магнитная гипертермия существенно потенцирует при определенных условиях действие радио- и химиотерапии [182, 341].
В работах, опубликованных по результатам экспериментальных исследований, высказан ряд точек зрения о механизмах противоопухолевого действия магнитной гипертермии. Торможение
и регресс опухолевого роста в результате локальной магнитной
гипертермии происходит не только вследствие термического разрушения опухолевых клеток. При гипертермии происходит не
только поражение ДНК, как в случае действия алкилирующих
препаратов [347]. При гипертермии остальные биомолекулы изменяются в клетке значительно сильнее, чем в случае химиотерапевтического воздействия [309, 347]. Особенно чувствительны к действию гипертермии регуляторные белки, влияющие на
рост и дифференцировку клетки, на экспрессию рецепторных
166
молекул, определяющих передачу различных сигналов. Поэтому
многие важные изменения в клетках связаны с тепловой инактивацией белковых комплексов, участвующих в регуляторных процессах [343]. Непосредственно гипертермия индуцирует первичные обратимые эффекты в клетках и тканях [343, 347]. Доказано,
что уже через несколько минут после гипертермии опухолевые
клетки экспрессируют белки теплового шока, индуцирующие
термоустойчивость клеток [309, 347]. Параллельно этому гипертермия влияет на активность регуляторных белков, киназ или циклинов, изменения которых приводят к нарушениям клеточного
цикла и могут индуцировать апоптоз [278, 309, 319]. Действие
гипертермии на ткани сопровождается выраженными изменениями микроваскуляризации и кровотока, а также энергетического
состояния кислорода [319]. Противоопухолевый эффект магнитной гипертермии объясняют также снижением клоногенной активности опухолевых клеток и способности синтезировать иммуносупресивные белки, изменением их иммуногенных свойств
[183, 232].
Несмотря на то, что для магнитной гипертермии не решены
еще многие научные и технические вопросы, уже имеются отдельные успешные результаты применения метода у больных со
злокачественными новообразованиями.
Клинические исследования. A. Matsumine et al. изучили
эффективность локальной магнитной гипертермии у больных
с метастатическим поражением костей. После хирургического
удаления метастазов следовало интрамедуллярное имплантирование металлического гвоздя или внедрение кальций-фосфатного
цемента, содержащего порошок Fe3O4, в послеоперационную полость. Согласно наблюдениям, состояние пациентов, получавших
магнитную гипертермию, статистически достоверно улучшалось
по сравнению с лицами, которым было выполнено только хирургическое вмешательство [328].
Изучение эффективности ферромагнитной гипертермии в лечении злокачественных заболеваний некоторых локализаций
выполнено А. А. Пархоменко. Согласно полученным данным,
ферромагнитная гипертермия в сочетании с предоперационной
167
лучевой подготовкой и химиотерапией рака молочной железы
приводит к повреждению злокачественных клеток у большего числа больных, чем в группе, в которой ферромагнитная гипертермия не использовалась. При послеоперационной лучевой терапии
частота лучевых реакций не увеличивается от добавления ферромагнитной гипертермии к схеме предоперационного лечения рака
молочной железы.
В группе больных меланомой за период наблюдения (1,5–4,5
года) не выявлено рецидивов, однако ферромагнитная гипертермия не предотвращала развития регионарных и отдаленных
метастазов. При рентгенологическом и патоморфологическом
исследованиях выявлено, что у значительной части больных первичным раком молочной железы наблюдалось неравномерное
окружение ферромагнетиком опухолевого узла, в результате чего
уровень повреждения опухолевых клеток был неодинаковым
[158]. Автор указывает на необходимость дальнейшего усовершенствования использованной им методики ферромагнитной гипертермии.
Уже несколько лет назад берлинские медики начали проводить
испытания в клинике метода магнитно-жидкостной гипертермии
для лечения злокачественных новообразований (солидные опухоли). В этих исследованиях использовался созданный в Германии аппарат для проведения локальной магнитной гипертермии («MFH 300F Hyperthermiesysteme, GmbH», Германия) [282].
Аппарат (рис. 16) позволяет осуществлять воздействие магнитным полем частотой 100 кГц при варьировании напряженности
от 0 до 15 кА/м. Наночастицы, использованные в этом исследовании, имели средний размер 15 нм и были покрыты оболочкой
из аминосилана. Метод апробировался на добровольцах для лечения глиобластомы и карциномы предстательной железы. Система обеспечивала контролируемое повышение температуры, необходимое для уничтожения опухолевых клеток [277, 282, 331].
Положительные результаты этих предварительных исследований
послужили основанием для начала I фазы полномасштабных клинических испытаний метода магнитной гипертермии.
В дальнейшем этими и другими авторами метод магнитножидкостной гипертермии успешно применен при лечении мела-
168
Рис. 16. Эскиз первого прототипа системы жидкостной магнитной
гипертермии («MFH Hyperthermiesysteme GmbH», Берлин, Германия). Ось
магнитного поля перпендикулярна осевому направлению ложа пациента (1).
Система терапии – аппликатор с ферритовым сердечником (2), работающим на
частоте 100 кГц с приспосабливаемой вертикальной апертурой 30–50 см (3).
Сила поля – от 0 до 15 кА/м. Система воздушного охлаждения (4). Апертура,
сила поля, термометрия и другие системные параметры отслеживаются онлайн
блоком управления (5). Температура измеряется температурными датчиками
в пределах опухоли и в различных точках вне пациента (6)
номы, глиобластомы, рака легких и предстательной железы, метастазов и др. [259, 303, 311].
Проблемы и перспективы развитие метода. Как экспери-
ментальные, так и клинические исследования, с одной стороны,
указывают на перспективность магнитной гипертермии, а с другой стороны, свидетельствуют о необходимости дальнейшего совершенствования метода по ряду направлений.
169
Одним из существенных недостатков метода магнитной гипертермии, требующим устранения в будущем, является доставка
и равномерная локализация преимущественно в опухоли магнитных наночастиц. Даже непосредственное введение наночастиц
в опухоль не обеспечивает их равномерного распределения. Для
концентрирования магнитных нано- и микрочастиц в опухолях некоторых локализаций может быть использовано внешнее
магнитное поле. Принципиальная возможность такого магнитоуправляемого транспорта наночастиц доказана [56].
Для создания органотропных средств на основе оксида железа можно, как уже отмечалось, использовать их конъюгаты со
специфическими антителами [334, 342]. Как правило, опухолевые клетки имеют поверхностные антигены, отличающиеся от
антигенов нормальных однотипных клеток. За счет этих различий наночастицы, функционализированные антителами против
таких антигенов опухолевых клеток, связываются с последними
и не связываются с нормальными клетками. Такой магнитный
комплекс вводится в артерию, снабжающую кровью пораженный
орган или опухоль. За счет сродства к поверхностным антигенам опухоли магнитные частицы адсорбируются на ее поверхности, а затем нужная зона подвергается воздействию внешнего
магнитного поля. Имеется опыт использования для этих целей:
Fab-фрагментов антител к изоферменту карбоангидразы IX, являющейся маркерным трансмембранным белком почечной карциномы; рекомбинантного моноклонального антитела трастузумаба, специфически взаимодействующего с рецепторами HER 2/neu
эпидермального фактора роста опухоли молочной железы; моноклональные антитела к эмбриональному антигену карциномы
прямой кишки [36]. К сожалению, был выявлен целый ряд препятствий на пути создания магнитных частиц с опухолевой специфичностью, основное из которых – малое количество доступных
связывающих мест на поверхности малигнизированных клеток
и сравнительно низкая специфичность полученных антител.
Магнитные наночастицы можно применять в составе липосом, которые сходны по строению с клеточными мембранами, что
определяет их биосовместимость и эффективность при адресной
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]