Загруженная противораковым препаратом система адресной доставки, основанная на новом материале, названном наногубкой, задерживает рост раковой опухоли в три-пять раз эффективнее, чем обычные инъекции. К такому выводу пришли ученые из Университета Вандербильта (Vanderbilt University). О результатах своей работы они сообщают в статье, опубликованной в журнале Cancer Research.

«Эффективные системы адресной доставки лекарственных препаратов уже давно являются мечтой, но эта мечта в значительной степени не реализуется из-за сложной химии, задействованной в таких системах», – говорит Ева Харт (Eva Harth), доцент химии из Университета Вандербильта (Vanderbilt University), разработавшая систему доставки с помощью наногубки. «Мы сделали значительный шаг вперед в преодолении этих препятствий».

Лаборатория Харт проводила свое исследование в сотрудничестве с лабораторией Дэнниса Халлахана (Dennis E. Hallahan), бывшего профессора радиационной онкологии Университета Вандербильта, а ныне профессора Медицинской школы Университета Вашингтона (Washington University).

Чтобы понять, как работает система доставки, разработанная Харт, представьте себе крошечные, размером с вирус, наполненные лекарственным препаратом губки, к которым прикреплены специальные химические линкеры, преимущественно связывающиеся со структурами, находящимися только на поверхности опухолевых клеток. Такие губки вводятся в организм инъекционным путем. Они циркулируют в организме с током крови до тех пор, пока не встретятся с раковой клеткой. В результате они либо «прилипают» к ее поверхности, либо всасываются внутрь клетки, начиная контролируемо и предсказуемо выделять свой груз.

Иллюстрация частицы наногубки. Красные овалы представляют груз лекарственного препарата, который несет частица. Прикрепленные к поверхности частицы пептиды, связывающие ее с поверхностью опухоли, показаны в виде условных химических символов

Системы адресной доставки такого типа имеют несколько основных преимуществ: так как лекарственный препарат выделяется только вблизи опухоли и не циркулирует по всему организму, данная доза становится более эффективной. Наблюдается также меньшее количество побочных эффектов, так как в непосредственном контакте со здоровыми тканями находится меньшее количество токсичных препаратов.

«Мы назвали наш материал наногубкой, но на самом деле он скорее похож на трехмерную сеть», – говорит Харт. «Его основой являются длинные цепочки полиэстера. Такие цепочки мы смешиваем в растворе с маленькими молекулами, называемыми кросс-линкерами, которые действуют как крошечные крючочки, скрепляющие вместе различные части полимера».

В конечном итоге формируются сферические частицы с внутренней полостью, в которую можно поместить молекулы лекарственного вещества. Полиэстер  – биоразлагаемый полимер и постепенно распадается в организме. По мере того, как это происходит, находящийся в частице препарат выделяется из нее полностью предсказуемым образом.

«Предсказуемое выделение препарата  – одно из главных преимуществ этой системы доставки по сравнению с другими разрабатываемыми сейчас системами, доставляющими препараты с помощью наночастиц»,  – утверждает Харт.

Когда наночастицы достигают своей цели, многие системы выделяют свой груз быстро и неконтролируемо. Это называется взрывным эффектом, и в таком случае трудно определить эффективные дозы препарата.

Другим важным преимуществом является то, что губчатые наночастицы являются растворимыми в воде. Инкапсуляция противораковых препаратов в структуру наногубки позволяет использовать плохо растворимые гидрофобные препараты. В настоящее время такие препараты нужно смешивать с другими химическими веществами, называемыми адъювантами, что снижает эффективность самого лекарственного средства и может привести к неблагоприятным побочным эффектам.

Кроме того, размер губчатых наночастиц можно контролировать. Изменяя соотношение кросс-линкеров и полимера, можно сделать частицы больше или меньше. Это важно, так как исследование показало, что адресные системы доставки работают наиболее эффективно, если частицы имеют размер меньше 100 нанометров. Частицы, использовавшиеся в данном исследовании, имели размер 50 нанометров.

«Взаимосвязь между размером частицы и эффективностью нашей системы доставки является предметом активного изучения», – говорит Харт.

Еще одним преимуществом системы Харт является ее химическая простота. Исследователи разработали простые и эффективные методы получения наночастиц и связывания с ними линкеров, представляющих собой пептиды, относительно небольшие биологические молекулы, состоящие из аминокислот.

«Многие другие системы доставки препаратов требуют применения сложных химических веществ, что затрудняет их производство в промышленном масштабе, и мы постоянно имели это в виду», – подчеркивает Харт.

Частица наногубки, закрепившаяся на клетках опухоли молочной железы человека. Частица содержат противораковый препарат, который выделяется по мере ее разложения. Пептидные линкеры показаны в виде групп шаров, прикрепившихся к клеткам. Хотя на рисунке показаны только два линкера, фактически на поверхности настоящей наночастицы находится около трех десятков пептидов. Линкеры специально сконфигурированы для связывания с поверхностью облученных раковых клеток. (Credit: Harth Laboratory)

Пептид-лиганд, используемый в экспериментах на животных, был разработан в лаборатории Халлахана, где также проверялась эффективность всей системы на опухолях у мышей. Пептид, используемый в данном исследовании, селективно связывается с опухолями, подвергшимися воздействию облучением.

Препаратом, использованным в экспериментах на животных, был паклитаксель (Таксол), применяемый в химиотерапии рака. Ученые зафиксировали реакцию двух различных типов опухолей – медленно растущей опухоли молочной железы человека и быстро развивающейся глиомы мышей – на одну инъекцию. В обоих случаях они обнаружили, что она увеличивает гибель раковых клеток и задерживает рост опухоли, «превосходя по эффективности известные химиотерапевтические подходы».

Следующим шагом в исследованиях станет проведение экспериментов с повторными инъекциями с целью убедиться, можно ли с помощью наногубки полностью остановить рост опухоли и обратить его вспять. Харт также собирается провести более полное токсикологическое исследование своей системы, которое требуется перед клиническими испытаниями.

Аннотация к статье: Dennis E. Hallahan, Eva Harth, Roberto Diaz et al. Targeted Nanoparticles That Deliver a Sustained, Specific Release of Paclitaxel to Irradiated Tumors