Девять лет назад ученые Института нейрохирургии Максин Дунитц (Maxine Dunitz Neurosurgical Institute) Медицинского центра Седарс-Синай (Cedars-Sinai) обнаружили незначительное изменение в молекулярном составе наиболее агрессивного типа опухолей головного мозга – мультиформной глиобластомы. В ходе дальнейших исследований они установили, что белок ламинин-411 играет важную роль в образовании новых кровеносных сосудов, способствующих росту и распространению опухоли. Но технологии, которая могла бы блокировать этот белок, тогда не существовало.

Теперь, используя новую инженерную технологию создания лекарств, являющуюся частью передовой науки – наномедицины, группа ученых создала «нанобиоконъюгат», который вводится в организм больного с помощью внутривенных инъекций и переносится кровью к опухоли головного мозга. Особенность его конструкции заключается в способности проникать через стенки опухолевых клеток и попадать в эндосомы – подвижные внутриклеточные образования.

По мере созревания эндосом их внутренняя среда становится кислой (ее рН понижается). Изменение кислотности среды внутри эндосом является триггером для химического компонента лекарственного препарата, начинающего разрушать их мембраны. Высвободившиеся из эндосомы вещества блокируют выработку клеткой ламинина-411 – «злокачественного» белка новых опухолевых сосудов. По своей природе препарат не токсичен для не опухолевых клеток. Этому классы лекарственных средств не свойственны и ассоциированные с традиционной химиотерапией побочные эффекты.

Как сообщается в докладе в Proceedings of the National Academy of Sciences, это первый пример применения рН-зависимого выделения из эндосом лекарственного препарата для лечения раковых опухолей головного мозга с помощью внутривенных инъекций. Проведенные на мышах эксперименты подтвердили, что система позволяет большому количеству лекарственного препарата накапливаться в опухолях, значительно сокращая рост новых сосудов и самих опухолей. Злокачественные новообразования животных, получавших этот препарат, были на 90 процентов меньше, чем в контрольной группе.

Глиомы, тип злокачественных опухолей головного мозга, крайне трудно поддаются лечению. Характерная для них тенденция к распространению в здоровые ткани мозга и способность метастазировать делают практически невозможным их полное удаление хирургическим путем. Они резистентны к химио- и радиотерапии, а сам головной мозг защищен механизмами гематоэнцефалического барьера и иммунной системы, что сводит на нет результаты большинства видов лечения.

Система, разработанная в Седарс-Синай – нанобиоконъюгат – убирает большинство препятствий на пути к лекарственной терапии опухолей головного мозга. Нанобиоконъюгаты – последнее поколение молекулярных препаратов, разработанных для проникновения в клетки и специфического воздействия на конкретные мишени внутри них. Как следует из самого термина «биоконъюгат», эти системы содержат химические «модули», связанные (конъюгированные) со средством доставки сильными химическими связями. Такие связи предотвращают повреждение или отделение химических модулей в тканях или в плазме крови во время транспортировки. Благодаря «изобретательности» лекарственной инженерии, противоопухолевый компонент активируется непосредственно в опухолевых клетках.

Наноконъюгат существует как единое химическое целое, с его компонентами, выполняющими важнейшие задачи в заранее определенной последовательности и одновременно атакующими несколько целей. Конечные результаты атаки на опухолевую клетку зависят от сложной, хорошо организованной цепи биохимических событий, таких как проникновение через гематоэнцефалический барьер, специфическое самонаведение на опухолевые клетки, проникновение через стенки кровеносных сосудов и клеток опухоли, высвобождение противоопухолевых препаратов в нужном месте и в нужное время, разрушение механизмов, способствующих росту питающих опухоль кровеносных сосудов.

«Этот нанобиоконъюгат отличается от более ранних наномедицинских препаратов, так как он доставляет и высвобождает противоопухолевые препараты в клетках опухоли, а не где-то около нее», – говорит научный сотрудник Седарс-Синай доктор философии и медицины Юлия Любимова (Julia Y. Ljubimova), старший автор статьи. Она руководит Лабораторией средств доставки лекарственных препаратов и наномедицины в отделении нейрохирургии.

Разработанный в Седарс-Синай препарат, макромолекула размером от 20 до 30 нанометров, основан на форме полималиковой кислоты (poly(β-L-malic acid)) высокой степени очистки, полученной из одноклеточного организма Physarum polycephalum. После того, как наноконъюгат выполнит свои задачи, организм полностью расщепляет его, не оставляя опасных продуктов распада.

«Основываясь на наших исследованиях, можно с уверенностью сказать, что нанобиоконъюгат представляет собой безопасное и эффективное средство доставки, применение которого может быть оправдано при лечении нейродегенеративных заболеваний мозга и широкого спектра других нарушений. Он безвредно разлагается на диоксид углерода и воду, нетоксичен для нормальных тканей и, в отличие от других препаратов, не иммуногенен, то есть не стимулирует иммунную систему до возникновения аллергических реакций, которые могут варьировать от легкого кашля или сыпи до внезапных, угрожающих жизни симптомов», – комментирует свою разработку Юлия Любимова.

Ученые надеются, что клинические испытания препарата начнутся в ближайшем будущем.