Над созданием наночастиц, доставляющих противораковые препараты непосредственно в опухоли, сводя к минимуму токсические эффекты химиотерапии, ученые работают на протяжении десятилетий. Однако даже лучшие из таких наночастиц могут доставлять к намеченной цели лишь около одного процента препарата.

Группа исследователей из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT), Медицинского научно-исследовательского института Сэнфорд-Бернем (Sanford-Burnham Medical Research Institute) и Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego) разработала новый тип системы доставки наночастиц. Первая волна наночастиц достигает опухоли, а затем вызывает гораздо более мощную вторую волну других наночастиц, которые и выделяют противораковый препарат. В экспериментах на мышах такое взаимодействие между наночастицами, включаемое биохимией самого организма, многократно увеличило количество доставленного в опухоль лекарственного препарата.

Новая стратегия может повысить эффективность многих препаратов для лечения рака и других заболеваний, утверждает Джеффри фон Мальтцан (Geoffrey von Maltzahn), бывший докторант MIT, ныне работающий в Flagship VentureLabs в Кембридже, ведущий автор описывающей новую систему статьи, опубликованной в он-лайн издании Nature Materials.

«Мы показали, что можно разработать наночастицы, способные взаимодействовать друг с другом в организме, и что эта их способность может повысить эффективность, с которой они находят и лечат такие заболевания, как рак», – комментирует свою работу фон Мальтцан.

Старший автор статьи – Сангита Бхатия (Sangeeta Bhatia), профессор медицинских наук и технологий, научный сотрудник Института интегративных исследований рака Дэвида Коха (David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research) MIT.

Доктор фон Мальтцан и профессор Бхатия черпали свое вдохновение в сложных биологических системах, многие компоненты которых работают вместе, чтобы достичь общей цели. Например, иммунная система способна успешно выполнять свою функцию благодаря высокоорганизованной кооперации между многими различными типами клеток.

«Существует много прекрасных примеров из биологии, когда как результат взаимодействия, кооперации и коммуникации между отдельными простыми компонентами возникает сложное поведение в масштабах всей системы», – объясняет доктор фон Мальтцан.

Подход группы из MIT основан на принципе, реализуемом в хорошо изученном каскаде реакций свертывания крови – серии реакций, запускаемой организмом при обнаружении им повреждения кровеносного сосуда. Взаимодействие между белками крови, известными как факторы свертывания, составляет сложную цепочку из многих звеньев, и образовавшиеся в результате нити белка фибрина способствуют формированию тромба и предотвращению потери крови.

Чтобы использовать коммуникационные возможности такого каскада, ученым нужны были два типа наночастиц – сигнальные и принимающие.

Сигнальные частицы, составляющие первую волну, попадают в кровоток и достигают опухоли, просачиваясь через мельчайшие поры в хорошо проницаемых кровеносных сосудах (раковая опухоль обычно окружена сосудами, и таким образом своей мишени достигает большинство адресных наночастиц). Находясь вблизи опухоли и либо излучая тепло, либо связываясь с белком, запускающим коагуляционный каскад, первая волна наночастиц заставляет организм «поверить», что около опухоли произошло какое-то повреждение.

Принимающие наночастицы покрыты белками, связывающимися с фибрином, привлекающим их к месту, где протекает процесс свертывания крови, и несут полезный груз – лекарственный препарат, который они высвобождают, как только достигают опухоли.

В экспериментах на мышах новая система позволила более чем в 40 раз увеличить количество доставленного по назначению доксорубицина (препарата, используемого для лечения многих типов рака), чем это удается сделать с помощью не вступающих во взаимодействие наночастиц. Соответственно этим цифрам повысился и наблюдаемый терапевтический эффект.

Ученые MIT разработали наночастицы, способные быстро достигать опухоли и вызывать
биохимическую реакцию, привлекающую к себе гораздо более мощную волну других наночастиц –
непосредственно несущих противораковые препараты.
(Фото: Gary Carlson)

Чтобы приступить к клиническим испытаниям и получить одобрение со стороны регулирующих органов, ученые MIT сейчас заняты поиском способов замены компонентов их кооперативных наносистем препаратами, уже протестированными на пациентах. Например, используемые в данном исследовании сигнальные частицы могли бы быть заменены препаратами, индуцирующими свертывание крови вблизи опухоли.

Профессор химической инженерии Университета Нью-Мексико Джеффри Бринкер (Jeffrey Brinker) считает разработанную учеными MIT стратегию хорошо продуманным способом улучшения доставки лекарственных препаратов.

«Вместо таргетинга самой опухоли здесь в качестве мишени используется ее микроокружение, созданное ими», – прокомментировал он результаты проведенных экспериментов.

Наносистемы, разработанные в рамках подобного двухэтапного подхода, могут быть использованы в сочетании со многими другими стратегиями.

Аннотация к статье

Nanoparticles that communicate in vivo to amplify tumour targeting