Ученые Университета штата Аризона (University of Arizona – UA), возможно, нашли способ доставки химиотерапевтических препаратов в раковые ткани в контролируемых дозах без причинения вреда здоровым клеткам организма.

В случае успеха изобретение покрытых золотом липосом сделает разрушение раковых клеток с помощью химиотерапии более эффективным, а возникающие в процессе лечения вредные побочные эффекты менее выраженными.

Секрет неинвазивного контроля над выделением химиотерапевтических препаратов – изобретения доцента кафедры биомедицинской инженерии Колледжа инженерии UA Марека Романовского (Marek Romanowski) и его лаборатории – заключается в наноразмерных капсулах из липидов, покрытых тонким слоем золота.

Ксения Качур (Xenia Kachur).
(Photo by Beatriz Verdugo/UANews)

Химиотерапевтические препараты иногда заключаются в маленькие капсулы-липосомы, сделанные из органических липидов, уже присутствующих в клетках человека. Липидная инкапсуляция не позволяет иммунной системе организма разрушить чужеродные молекулы лекарственного вещества, прежде чем они попадут в опухоль.

Попав в кровь, несущие препарат липосомы накапливаются в раковой опухоли благодаря свойству, известному как проницаемость сосудов. Кровеносные сосуды опухолевых тканей, несущие с кровью питательные вещества, отличаются повышенной проницаемостью обычно потому, что опухолевые клетки стараются расти быстрее, чем нормальные. Дополнительный приток крови означает, что в них, вероятно, будет накапливаться не только больше питательных веществ, но и липосом. В конечном итоге липосомы разрушаются и выделяют лекарственное вещество, убивая клетки.

Высокотоксичные препараты, используемые в химиотерапии, разрушают раковые клетки, но повреждают и здоровые. Вред, нанесенный нормальным здоровым клеткам химиотерапевтическими методами лечения, выражается в развитии побочных эффектов: анемии, выпадении волос, тошноте и рвоте – так как гибнут выстилающие слизистую оболочку клетки желудка.

Чтобы сделать лечение более адресным, ученые из UA связали липосомы с сигнальными молекулами-лигандами, взаимодействующими со специфическими клеточными рецепторами по принципу «ключа и замка».

Сара Ленг (Sarah Leung).
(Photo by Beatriz Verdugo/UANews)

«Все зависит от болезни, которая является нашей мишенью, но в случае с опухолевыми клетками наблюдается гиперэкспрессия определенных рецепторов, что объясняется несколькими причинами. Одна из причин заключается в том, что клетки опухоли очень быстро размножаются и поэтому экспрессируют большое количество рецепторов питательных веществ, так как хотят делиться быстрее», – объясняет специалист в области биомедицинской инженерии Ксения Качур (Xenia Kachur), аспирант Высшей междисциплинарной программы (Graduate Interdisciplinary Program, GIDP).

Дополнительные рецепторы позволяют липосомам с большей вероятностью «вцепляться» именно в опухолевые клетки.

По мере разрушения липосом лекарственный препарат постепенно и неконтролируемо выделяется их них, что не может привести к эффективному разрушению опухоли.

«Существует определенная концентрация, при которой достигаются оптимальные результаты», – говорит Сара Ленг (Sarah Leung), также аспирант лаборатории Романовского. «Если концентрация ниже оптимальной, лекарственного вещества просто недостаточно для хорошего ответа, если выше – оно может стать еще более токсичным для организма».

Новое изобретение может позволить врачам контролировать выделяемое в единицу времени количество препарата и защитить здоровые клетки от наносимого им вреда. Именно для этого и необходимо золотое покрытие.

«Свойства золота таковы, что оно может преобразовывать в тепло свет ближней инфракрасный области спектра», – объясняет Качур. «Покрыв липосомы золотом, мы можем подвергнуть их воздействию таких стимулов, так ближний инфракрасный свет. Золото превращает свет в тепло, тепло делает липосому более проницаемой, и тогда все, что бы ни было сконцентрировано в липосоме, может из нее диффундировать».

Инфракрасное излучение глубже всего проникает в ткани, так как минимально взаимодействует с большинством из них. Это защищает от перегревания, которое в противном случае мог бы испытывать организм.

Теоретически для контроля над количеством препарата, выделяемого из покрытой золотом липосомы, нужно только изменить количество инфракрасного света.

«Используя большее или меньшее количество света, можно добиться большего или меньшего выделения препарата и времени ответа. «Это дает нам большую свободу в обращении с процессом выделения. Имея в распоряжении именно такой вызываемый ответ, можно попасть в то самое желательное терапевтическое «окно»» – объясняет Качур.

Доцент кафедры биомедицинской инженерии
Колледжа инженерии Университета Аризоны
Марек Романовский (Marek Romanowski)
(Фото: bio5.org)

Несмотря на усиление притока крови к опухолевым клеткам и принцип «ключа и замка» в действии лиганда, некоторые липосомы все же попадают в здоровые клетки. В этом случае золотое покрытие может потенциально предотвратить выделение в них токсичного вещества.

Избирательно облучая ближним инфракрасным светом только область опухоли, врачи могут быть уверены в том, что препарат выделяется в клетки только находящимися в опухоли липосомами.

Разработка имеет и еще одно огромное преимущество: покрытая золотом липосома является биоразлагаемой. На настоящий момент не существует утвержденных химиотерапевтических методов лечения, в которых наноструктуры из золота выводились бы из организма его собственными механизмами.

Почки, орган, очищающий кровь от молекулярных отходов, имеют предельный размер молекул, которые они способны отфильтровать.

«Благодаря размеру получающихся в результате деградации частиц наша система выделяется через почки, что является уникальным случаем», – комментирует особенности разработки Ленг.

Прежде чем изобретение можно будет использовать в противораковой терапии, предстоит сделать еще много шагов по его проверке. Но в случае успеха покрытые золотом липосомы дадут в руки врачей средство адресной доставки в раковые клетки химиотерапевтических препаратов с неинвазивным триггером их выделения в виде инфракрасного света и естественным механизмом выведения из организма.