Эффективная доставка препаратов в опухоли имеет все возрастающее значение. Ученые Западного резервного университета Кейза (Case Western Reserve University) разработали маленькую бомбу, обещающую большой взрыв для раковых опухолей.

Профессор химии
Клеменс Бурда (Clemens Burda).
(Фото: case.edu)

Предварительные тесты показали, что противораковый препарат, слабо связанный с наночастицами золота, начинает аккумулироваться в опухолях в течение нескольких минут после введения и может быть активирован для эффективного лечения в пределах двух часов. Накопление того же препарата, введенного без наночастиц, занимает два дня, при этом препарат атакует поверхность опухоли  – гораздо менее эффективный путь.

Накопление антиканцерогенных препаратов непосредственно в опухоли позволяет снизить дозы токсичных химиопрепаратов, предотвращая, таким образом, повреждение здоровых тканей и другие побочные эффекты, оказываемые традиционной химиотерапией.

«Мы надеемся снизить дозы, по крайней мере, в 10 раз», – говорит профессор химии Клеменс Бурда (Clemens Burda), старший автор статьи об исследовании «Глубокое проникновение препарата PDT в опухоли посредством нековалентно связанных конъюгатов препарата и наночастиц золота», опубликованной в он-лайн издании журнала Journal of the American Chemical Society.

В чем секрет успеха? Ученые связали противораковый препарат с золотыми «снарядами», используя слабое химическое взаимодействие, называемое нековалентной связью. В конструкции молекулы ковалентная связь – толстая веревка, перехлестывающаяся и завязанная в узлы; нековалентная связь – шнурок от ботинка, завязанный на бантик.

«Очень часто дополнения к химической системе изменяют свойства ее компонентов», – объясняет Бурда.

Попытки его и других исследовательских групп использовать ковалентные связи для доставки терапевтических препаратов приводили к таким осложнениям и не оправдывали ожиданий.

Исследователи, представляющие различные области науки, обнаружили, что, используя нековалентную связь препарата с золотом с нанесенным на него покрытием, можно устранить желательное изменение свойств каждого из компонентов.

Бурда и его коллеги стремились упростить процесс, используя материалы, имеющие хорошо известные свойства.

Золото инертно в организме, и, имея диаметр менее 5 нанометров, частицы быстро выходят из кровяного русла и проникают через клеточные мембраны, накапливаясь внутри опухоли.

Нековалентно связанный конъюгат противоракового препарата PDT и наночастиц золота осуществляет быстрое высвобождение и глубокое проникновение препарата в опухоли в течение нескольких часов. Механизм доставки препарата PDT посредством наночастиц золота путем пассивной аккумуляции был исследован с помощью флуоресцентной визуализации, элементного анализа и гистологического окрашивания. Фармакокинетика конъюгатов на протяжении 7-дневного периода тестирования показала быстрое выведение препарата, что контролировалось с помощью флуоресценции препарата в моче. Кроме того, биораспределение наночастиц золота в этот период показало выведение наночастиц из организма мышей. Исследование демонстрирует, что нековалентная доставка посредством наночастиц золота обеспечивает глубокое проникновения препарата в опухоль. (pubs.acs.org)

Покрытие из полиэтиленгликоля прочно связано с золотом, но в то же время позволяет разместить в свободном грузовом пространстве другие материалы.

Покрытое полиэтиленгликолем золото обеспечивает среду, физически предотвращающую преждевременную активацию применяемого в фотодинамической терапии (photodynamic therapy, PDT) препарата фталоцианина кремния (silicon phthalocyanine), предотвращая его нежелательное воздействие на здоровые ткани.

Слабо связанный с золотом препарат выделяется из наночастицы благодаря своему притяжению к липидной мембране раковых клеток. Лазерный свет включает высвобождение фталоцианина кремния, который сокращает размер опухоли, разрушая и убивая раковые клетки.

Наночастицы выделяются из организма через почки в течение недели после применения препарата.

На продолжение своего исследования профессор Бурда получил грант от Национального института здравоохранения США (National Institutes of Health) в размере 1.2 миллиона долларов.

Аннотация к статье Deep Penetration of a PDT Drug into Tumors by Noncovalent Drug-Gold Nanoparticle Conjugates