Исследователи из института Интегративной Нанонауки и Технологического университета Германии научились управлять сперматозоидами и с их помощью осуществлять доставку лекарств к клеткам раковой опухоли. Предварительную публикацию можно увидеть на arXiv.org.

Проблема точечной доставки лекарств весьма актуальна для лечения онкологических заболеваний. Лекарственные средства могут быть вредны для здоровых клеток, кроме того, их эффективность существенно повышается при непосредственном взаимодействии с опухолью. Мы уже рассказывали, что существуют самые разные разработки способов такой доставки, в том числе конструкция пептидных, липидных и даже липидно-золотых наночастиц, а также, например, модификация лимфоцитов, эритроцитов, стволовых клеток и даже вирусов-макрофагов. Отдельно проводили эксперименты с бактериями, которые двигаются сами по себе, лучше чувствуют себя в физиологических средах и легче попадают внутрь тканей. Движение таких бактерий уже научились контролировать с помощью магнитов и химических веществ. Но работа с бактериями зачастую бывает связана с развитием аутоимунных реакций организма. Немецкие ученые решили попробовать использовать для лечения женских онкологических заболеваний половой системы сперматозоиды.

Сперматозоиды — самые маленькие клетки в организме человека; в отличие от большинства остальных, они способны активно и самостоятельно перемещаться в пространстве. Сперматозоид состоит из головки, средней части и хвоста. Движение сперматозоида происходит за счет работы скопления митохондрий (митохондриона), расположенного в средней части и поставляющего энергию для движения хвоста. Хвост имеет цитоскелет, представленный микротрубочками. В организме хозяина сперматозоиды практически не шевелятся, однако попав в другой организм, они начинают активно вращаться вокруг собственной оси и продвигаться вперед. Скорость движения сперматозоида может достигать тридцати сантиметров в час, но он замедляется с течением времени. Для оплодотворения сперматозоидам нужно пройти около двадцати сантиметров, и это происходит, в среднем, через 1–2 часа после эякуляции.

С помощью двухфотонной 3D-нанолитографии ученые создали специальные конструкты — «тетраподы», которые представляют из себя покрытые тончайшем слоем железа и титана пустые усеченные конусы с четырьмя рукоятками. Оптимальная геометрия их была подобрана с помощью методов компьютерной симуляции. Такие конструкты смешивают со сперматозоидами, в результате чего головки сперматозоидов закрепляются с помощью рукояток внутри конусов. Движение полученных сперматозоидов в два раза медленнее обычных, но его можно контролировать с помощью внешнего магнита. По достижению опухоли рукоятки от механического столкновения выпускают сперматозоиды, их мембраны сливаются с опухолевыми клетками, и лекарственное средство попадает внутрь опухоли.

Схема эксперимента: обработка сперматазоидов доксорубицином, заключение в тетраподы и доставка лекарства к опухоли. Haifeng Xu et al

Ученые работали с бычьими сперматозоидами, поскольку они имеют сходную с человеческими форму. Для дополнительной активации клеток в среду добавляли гормон прогестерон. В одном из экспериментов сперматозоиды обрабатывали доксорубицином, распространенным химиотерапевтическим средством, который эффективно и в больших количествах проникал в их головки, а затем смешивали с «тетраподами». Работу полученных конструктов тестировали на искусственных опухолях — культурах человеческих клеток HeLa. Уже через сутки такие сперматозоиды убили около половины культуры, и в целом показали большую эффективность доставки по сравнению с простой обработкой лекарством. В другом эксперименте использовалось средство FITC-BSA (оно не ведет к апоптозу клеток, но зато светится) чтобы посмотреть на характер распространения лекарства в опухоли, и подтвердили эффективное внедрение средства внутрь опухолевой ткани. По-видимому, она обеспечивается за счет подвижности сперматозоидов и их способности расщеплять гиалуроновую кислоту, содержащуюся во внеклеточных структурах.

Использование сперматозоидов для доставки лекарственных средств позволит избежать токсического эффекта, который свойственен другим подобным методам. Сперматозоиды не распознаются организмом как патогены и не способны сами по себе размножаться, как это часто происходит с бактериями. Кроме того, они достаточно стабильны, способны доставлять к опухоли существенно большее количество вещества по сравнению с микрокапсулами и другими наночастицами, и долго могут жить в чужом органимзе. В дальнейшем, надеятся ученые, они могут быть использованы для лечения не только онкологических заболеваний половой системы, но и других болезней, таких, как воспалительные процессы в малом тазу или эндометриоз.

Автор: Анна Казнадзей