Российские наночастицы с иттрием находят и убивают рак бета-распадом
В поисках мишени им помогает токсин синегнойной палочки
Сотрудники Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского, Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН, Института биоорганической химии РАН, Санкт-Петербургского академического университета – научно-образовательного центра нанотехнологий РАН и ряда других исследовательских организаций России и Австралии создали наночастицы на основе иттрия, позволяющие одновременно выявлять размер и положение опухолей и доставлять к ним средства для химиотерапии. Эти частицы показали свою эффективность как «в пробирке», так и в живых организмах. Научная статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Чем ближе по строению возбудитель заболевания к пораженному организму, тем сложнее от него избавиться и при этом не навредить «родным» клеткам. Поэтому существующие методы лечения рака имеют так много побочных эффектов: помимо клеток опухоли, они воздействуют на здоровые клетки. Чтобы уменьшить число и степень проявления таких эффектов, разрабатывают способы адресной доставки лекарств.
Одно из перспективных в этом плане направлений – наночастицы, способные распознавать клетки определенного типа, связываться с ними и высвобождать в непосредственной близости от них радиоактивные вещества или средства для химиотерапии. Поскольку эти наночастицы должны самостоятельно обнаружить свои мишени, можно сказать, что на них помимо лечебной функции лежит функция диагностики. Направление в медицине, предполагающее одновременные терапию и диагностику, носит название тераностика.
Авторы новой работы создали и проверили эффективность наночастиц для тераностики. В основу частиц со средним диаметром 50 нм (также они собирались в группы диаметром около 250 нм) легли соединения иттрия (Y) с добавлением ионов иттербия (Yb) и тулия (Tm). При действии излучения с длиной волны 980 нм ионы Yb и Tm светились. Это позволяло определить местоположение наночастиц в организме подопытного животного.
В составе наночастиц присутствовало несколько изотопов иттрия, один из которых, Y-90, обладает радиоактивностью: от него отщепляются электрон и антинейтрино и он становится цирконием-90. Эта реакция бета-распада повреждает оказавшиеся рядом клетки.
Другая группа полученных наночастиц несла на себе средство химиотерапии – модифицированный токсин синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa, DARPin-PE40, чей противораковый эффект уже подтвердили в предыдущих исследованиях. Этот токсин состоит из двух белков, связанных перемычкой в 8−10 нм. Функция DARPin – обнаружить рецепторы HER2, которых особенно много на клетках рака молочной железы. А PE40 останавливает синтез белков, мешая рибосомам удлинять цепочки из аминокислот.
Частицы третьей группы сочетали в себе и радиоактивный иттрий, и бактериальные яды. Таким образом, они в теории должны были самостоятельно обнаруживать клетки рака молочной железы по рецепторам на их поверхности, а затем воздействовать на них как «химией», так и радиацией.
То, что эти процессы действительно реализуются, подтвердили на культурах клеток SK-BR-3 (клетки, взятые из метастазов 43-летней больной раком молочной железы) и в организмах мышей, которым пересадили опухоль из таких же клеток (предварительно грызунам удаляли вилочковую железу, поэтому чужеродные опухоли у них не отторгались). В качестве контроля в первом случае использовали клетки эпителия яичника китайского хомячка Cho, не имеющие рецепторов HER2. Во втором случае наночастицы вводили непосредственно в опухоль, чтобы уменьшить возможный токсический эффект на организм грызуна. Поэтому контрольной группы животных не было – у них просто отсутствовали опухоли, то есть места для инъекции лекарств.
Ученые не только показали, что наночастицы с радиоактивным иттрием и модифицированным токсином синегнойной палочки убивают клетки опухолей молочной железы, но и определили их оптимальные дозы. Оказалось, что наиболее эффективны те наночастицы, в которых сочетаются средства химиотерапии (DARPin-PE40) и лучевой терапии (Y-90). Достаточно было ввести всего 0,0024 мкг комбинированных наночастиц на миллилитр раствора, чтобы уничтожить половину клеток опухоли in vitro.
Рисунок из статьи в PNAS – ВМ
Наночастицы, содержавшие только иттрий или только бактериальный токсин, приходилось вводить в концентрациях в тысячи раз больше – 140 мкг/мл и 5,2 мкг/мл соответственно. А для уменьшения опухолей in vivo требовалось 10−15 мкг наночастиц на грамм массы животного.
Таким образом, российские исследователи сделали заметный шаг на пути к разработке наночастиц для тераностики в онкологии. Теперь их изобретение должно пройти доклинические исследования, а при их успешном завершении за ними могут последовать и клинические.
«Чердак»
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
