МЛУ — главный фактор неэффективности многих химиотерапевтических препаратов. Проблема влияет на лечение широкого спектра рака крови и солидных опухолей, включая рак груди, яичников, легких и толстой кишки. Исследователи из NIBIB создают многокомпонентные наночастицы, которые значительно ускоряют уничтожение раковых клеток.
Результаты их экспериментов опубликованы в недавних статьях в журналах Scientific Reports и Applied Materials & Interfaces.
Работой руководит старший автор Сяоюань (Шон) Чен, доктор философии.D., Старший научный сотрудник лаборатории молекулярной визуализации и наномедицины, НИБИБ. В число его сотрудников входят ученые и инженеры из Юго-Восточного университета, Шэньчжэньского университета, Гуанси-медицинского университета и Шанхайского университета Цзяо Тонг, а также инженеры-химики из Университета Лидса, Соединенное Королевство.
Чен говорит о своей обширной сети сотрудников: «Для успеха этого важного с медицинской точки зрения начинания потребовалась команда с широким спектром знаний для создания наночастиц, которые выживают в пути к месту опухоли, проникают в опухоль и успешно выполняют многочисленные функции химиосенсибилизации."
Противодействие раку молочной железы с множественной лекарственной устойчивостью
В двух публикациях сообщается о создании двух отдельных наночастиц, в которых тестируются разные стратегии достижения хемосенсибилизации раковых клеток.
Первый нацелен на рак груди с множественной лекарственной устойчивостью. Сконструированная круглая наночастица состоит из нескольких слоев.
В центре частицы находится противораковый препарат доксорубицин. Препарат окружен водоотталкивающей (гидрофобной) капсулой, чтобы защитить его от водянистой среды, когда частица вводится в кровеносную систему экспериментального животного или человека, больного раком.
Частица имеет несколько внешних слоев с разными свойствами. Один из внешних компонентов, молекула под названием ПЭГ, является гидрофильной (смешивается с водой) и помогает частице перемещаться по кровотоку, пока она не встретит клетки опухоли молочной железы. Другой компонент на поверхности частицы, биотин, специфически связывается с раковыми клетками и помогает наночастице, несущей лекарство, проникнуть в клетку.
Попав внутрь клетки рака молочной железы, вместе с доксорубицином высвобождается четвертый компонент, называемый куркумин, который связан с центром доксорубицина. Куркумин — это компонент, который блокирует клеточный аппарат, который выкачивает доксорубицин из клетки. Без возможности откачивать лекарство клетка подвергается воздействию очень высокой концентрации доксорубицина, который убивает клетки рака груди.
Эксперименты на мышах продемонстрировали, что многокомпонентные наночастицы эффективны в нацеливании на клетки опухоли груди, накапливаясь в раковых клетках в гораздо более высоких концентрациях, чем в других тканях мышей. Гистология показала, что у обработанных мышей наблюдалось значительное снижение плотности раковых клеток в опухолевой ткани по сравнению с мышами, получавшими только физиологический раствор или доксорубицин (не интегрированные в наночастицы). Полный анализ обработанных мышей подтвердил, что наночастицы эффективно накапливались в месте опухоли и достигли оптимального уничтожения опухоли в модели рака молочной железы у мышей.
Изменение компонентов наночастиц: тесты альтернативных противораковых стратегий
В работе, опубликованной в Applied Materials & Interfaces, Чен и его коллеги описывают создание другой наночастицы, которая использует другой подход к проблеме MDR. Эта вторая наночастица похожа на первую в том, что она содержит инкапсулированный в центре доксорубицин, окруженный внешним гидрофильным поверхностным слоем, который обеспечивает эффективную транспортировку через кровоток.
Однако эта частица использует газообразный оксид азота (NO), который, как известно, блокирует систему, которая выкачивает доксорубицин из клетки.
Кроме того, NO высвобождается из соединения под названием BNN6, которое активируется ультрафиолетовым (УФ) светом. Таким образом, эта наночастица предназначена для введения в кровоток и последующей активации ультрафиолетовым светом, когда она достигает своей раковой мишени.
В экспериментах на культуре клеток при попадании ультрафиолетового света наночастицы лопаются, высвобождая убивающий клетки доксорубицин и заставляя BNN6 выделять газ NO. Комбинация успешно подавляла механизм МЛУ, что приводило к химиосенсибилизации и эффективному уничтожению раковых клеток.
Основываясь на успешном тестировании этой наночастицы на культивируемых клетках, группа ожидает, что она будет хорошо работать при тестировании в экспериментах на мышах.
Умные наномедицины против множественной лекарственной устойчивости
Химиотерапия — наиболее распространенное лечение рака.
К сожалению, эти препараты часто вызывают минимальный ущерб опухолям из-за МЛУ, и это может привести к увеличению популяций опухолей с множественной лекарственной устойчивостью. Кроме того, большинство химиотерапевтических препаратов имеют очень узкие терапевтические окна, часто проявляя токсичность для здоровых тканей и органов даже при дозах ниже, чем требуется для терапевтического эффекта.
Следовательно, существует острая необходимость в разработке способов достижения высоких доз в опухолевых клетках при одновременном устранении вреда для здоровых тканей.
Чен заключает: «Механизм МЛУ интересен с научной точки зрения, но также невероятно важен с медицинской точки зрения. Вот почему мы используем наши биоинженерные навыки для разработки стратегий по оптимизации воздействия этих препаратов на рак при одновременном снижении токсичности для окружающих тканей, что является как основным препятствием для успешного лечения, так и чрезвычайно обременительным для больных раком."