Новое исследование ученых из Массачусетского технологического института, Женской больницы Бригема и Университета Джонса Хопкинса показывает, что доставка химиотерапевтических препаратов непосредственно в полость мозга является более эффективным методом лечения опухолей, метастазировавших в мозг.

Микрокапсулы, доставляющие препарат непосредственно в
головной мозг, могут стать более эффективным методом
лечения раковых опухолей. (Рис. Christine Daniloff/MIT)

Ежегодно у 100 тысяч американцев диагностируются опухоли, распространившиеся в головной мозг из других частей тела. Эти опухоли, известные как метастазы, как правило, лечатся хирургически с последующей химиотерапией, но рак часто возвращается. Новое исследование ученых из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT), Женской больницы Бригема (Brigham and Women’s Hospital) и Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) показывает, что доставка химиотерапевтических препаратов непосредственно в полость мозга является более эффективным методом лечения опухолей, метастазировавших в мозг.

Протестировав свой новый подход на мышах, исследователи установили, что химиотерапевтический препарат темозоломид (temozolomide, TMZ) более эффективен при доставке с помощью крошечных капсул, имплантированных в черепную полость. Это говорит о том, что подобный подход может быть более эффективным и у больных людей, считает профессор инженерии Майкл Сима (Michael Cima), старший автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Метастатическая болезнь чувствительна к химиотерапии, но системная химиотерапия не показала себя эффективной, потому что препараты не поступают в мозг в достаточно высокой дозе в течение достаточно длительного периода времени», – говорит профессор Сима, научный сотрудник Института интегративных исследований рака Коха (Koch Institute for Integrative Cancer Research) MIT. «Мы показываем, что локальная доставка препарата позволяет достичь гораздо более высокой степени гибели опухолевых клеток».

Химиотерапевтические препараты, как правило, вводятся внутривенно. Чтобы гарантировать, что опухоли достигнет достаточное количество лекарства, его дозы должны быть очень высоки, что часто дает побочные эффекты.

Для нескольких типов рака врачи уже разработали более адресные способы доставки. При раке яичников наилучшие результаты достигаются при доставке препаратов непосредственно в брюшную полость. Однако этот метод используется нечасто, так как требует имплантации катетера на период до 12 недель, что плохо переносится пациентами.

Чтобы решить проблемы с доставкой, профессор Сима и его коллеги разрабатывают небольшие имплантируемые устройства для доставки лекарств при раке яичников и заболеваниях мочевого пузыря, а также при раке мозга.

В своем новом исследовании на головном мозге исследователи использовали имплантируемые микрокапсулы из биосовместимого материала – жидкокристаллического полимера. Капсулы представляют собой небольшие цилиндры вместимостью 1,5 миллилитра. Препарат диффундирует через небольшое отверстие. Это экспериментальные устройства, выбранные исследователями для того, чтобы проверить, жизнеспособна ли сама концепция локальной доставки, но в этом исследовании они показали себя настолько эффективными, что в конечном итоге могут стать наиболее перспективным средством доставки для потенциальных клинических испытаний на организме человека.

Исследователи протестировали два химиотерапевтических препарата: темозоломид, являющийся препаратом первой линии для лечения метастазов в головной мозг и глиом, и доксорубицин (doxorubicin), обычно назначаемый для лечения рака молочной железы, который часто дает метастазы в головной мозг.

Работая с мышами, которым имплантировали опухоли, аналогичные метастазам в головной мозг человека, исследователи установили, что TMZ, доставленный непосредственно в мозг, увеличивает продолжительность жизни животных на несколько дней по сравнению с TMZ, введенным в виде инъекций. Кроме того, они наблюдали более высокий уровень апоптоза, или запрограммированной клеточной смерти, среди опухолевых клеток вблизи капсул. Однако эффективность доставленного в мозг доксорубицина была ниже, чем при системном введении.

Как оказалось, после высвобождения из капсулы TMZ способен распространяться на большее от нее расстояние, захватывая, таким образом, больше ткани. Доксорубицин же, по-видимому, разрушается или выводится раньше, чем может убить такое же количество клеток. Эта информация может оказаться ценной для разработки будущих версий этого метода лечения опухолей головного мозга или других видов рака.

«При разработке эффективной местной терапии должны быть приняты во внимание свойства молекулы препарата», – говорит профессор Сима. «Вокруг каждого из таких устройств существует зона, в которой оно может работать, зависящая от молекулы».

Майкл Лим (Michael Lim), адъюнкт-профессор нейрохирургии из Университета Джонса Хопкинса, считает новый подход многообещающим способом расширить диапазон методов лечения опухолей головного мозга, который в настоящее время весьма ограничен, так как химиотерапевтические препараты с большим трудом преодолевают гематоэнцефалический барьер.

«Потенциально он может положительно повлиять на жизнь пациентов», – считает доктор Лим, не принимавший участия в данном исследовании. «После хирургического удаления метастазов можно имплантировать эти микрокапсулы, которые сразу же уничтожат оставшиеся раковые клетки».

Хотя для того чтобы использовать этот подход для лечения рака у человека предстоит решить еще множество проблем, профессор Сима полагает, что имеет смысл продолжать работу, так как в мозг метастазируют очень многие виды рака. Кроме того, исследователи работают над использованием этого подхода для точной доставки лекарств в очень небольшие области мозга, надеясь найти более эффективные методы лечения психических и нейродегенеративных заболеваний.

Оригинальная статья

Intracranial microcapsule chemotherapy delivery for the localized treatment of rodent metastatic breast adenocarcinoma in the brain