У каждой восьмой женщины в Соединенных Штатах разовьется рак молочной железы. Многим из них будет проведена хирургическая операция по удалению опухоли и потребуется реконструкция груди, часто с использованием имплантатов. Однако рак – постоянно ускользающая от врачей мишень, и, по данным Американского общества рака (American Cancer Society), злокачественные клетки вновь будут обнаружены у пятой части пациенток с первоначальным диагнозом рака.

Нельзя ли разработать материалы для имплантатов, которые смогли бы снизить показатели рецидивирования опухоли? Ученые-биомедики из Университета Брауна (Brown University) сообщают о некоторых достаточно перспективных достижениях в этой области. Они создали имплантат-контактор, своего рода «ложе гвоздей», с наноструктурированной поверхностью, которая сдерживает рост и размножение раковых клеток. Насколько можно судить по публикациям, этот имплантат является первой в своем роде модифицированной на наноуровне конструкцией, способной подавлять развитие кровеносных сосудов, от которых зависит рост опухоли молочной железы, и одновременно привлекать здоровые клетки.

«Мы создали поверхность [имплантата] с функциями, которые могут, по крайней мере, несколько подавлять функции (раковых) клеток без использования химиотерапии, облучения или других процессов, убивающих раковые клетки», – поясняет адъюнкт-профессор кафедры инженерии Томас Вэбстер (Thomas Webster), автор статьи об исследовании, опубликованной в журнале Nanotechnology. «Эта поверхность более благоприятна для здоровых клеток молочной железы, чем для клеток ее раковой опухоли».

Профессор Вебстер и его лаборатория занимаются модификацией поверхностей различных имплантатов с целью повышения их способности к регенерации клеток костной и хрящевой тканей, клеток кожи и других клеток. В этой работе он и аспирант-химик Лиджуан Чжан (Lijuan Zhang) поставили своей целью реконфигурировать имплантат, который может быть использован в реконструктивной хирургии молочной железы, таким образом, чтобы он не только привлекал здоровые клетки, но и «отталкивал» клетки опухоли. Ученые создали матрицу на стеклянной пластине, использовав для этого шарики из полистирола 23-нанометрового диаметра и сополимер полимолочной и гликолевой кислот (polylactic-co-glycolic acid, PLGA) – биоразлагаемый полимер, утвержденный FDA и широко используемый в медицине. В результате был получен имплантат, поверхность которого покрыта прилегающими друг к другу бугорками 23-нанометровой высоты. Для сравнения были созданы PLGA-поверхности с 300-нм и 400-нанометровыми пиками.

Через день после начала эксперимента лабораторные тесты показали, что поверхности с 23-нанометровыми бугорками снижают выработку белка (VEGF), от которого зависят эндотелиальные клетки рака молочной железы, на 15 процентов (по сравнению с имплантатами без модификации поверхности). Кроме того, поверхности с 23-нм пиками показали большее снижение концентрации VEGF по сравнению с модифицированными имплантатами с 300-нм и 400-нм пиками.

Избирательно «враждебная» поверхность не позволяет раковым клеткам получать питательные вещества, необходимые для выживания и роста.
Возможно, этот феномен объясняется большей жесткостью и меньшей гибкостью раковых клеток по сравнению с нормальными, которые успешно справляются с наноразмерными
пиками и процветают. (Фото: Webster Lab / Brown University)

Почему поверхность с 23-нм пиками подавляет клетки рака молочной железы наилучшим образом, пока непонятно. Профессор Вебстер считает, что это, возможно, связано с жесткостью клеток рака молочной железы. При контакте с неровной поверхностью они не в состоянии полностью обволакивать округлые структуры рельефа и лишаются возможности поглощать необходимые для жизни питательные вещества, проникающие через их поверхность.

По словам Вебстера, для раковых клеток это своего рода «ложе гвоздей». По его предположению, «поверхностные пики менее 23 нанометров были бы еще лучше», хотя полистирола с такими размерами пока не существует.

Чтобы создать материалы с поверхностными характеристиками, позволяющими достичь больших результатов, Вебстер и Чжан планируют выяснить точную причину сдерживания наномодифицированными поверхностями роста злокачественных клеток. Кроме того, они хотят проверить, не подходят ли для этих целей другие материалы.