Группа исследователей из МФТИ и Института биоорганической химии им. академиков Шемякина и Овчинникова РАН разработали уникальные биосовместимые наночастицы, предназначенные для идентификации, а также визуализации и последующего уничтожения раковых клеток под воздействием внешнего светового излучения. Результаты данного исследования были опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials. В рамках работы российская научная группа сконцентрировалась на создании наночастиц из сополимера молочной и гликолевой кислот (PLGA) для диагностики и фотодинамической терапии крупных опухолей молочной железы с экспрессией рецептора HER2. Стоит отметить, что использование наночастиц из сополимера молочной и гликолевой кислоты является одним из наиболее перспективных направлений в онкологии, где уже применяются более 20 препаратов данной группы.

Эффективность работы была доказана in vivo (на живом организме, а именно — лабораторных мышах). Ученые разработали онкотераностическую наноплатформу, обладающую двойными свойствами: диагностическими, активирующимися красным светом, и терапевтическими, активирующимися зеленым светом. Таким образом, диагностические и терапевтические свойства реализуются с использованием одного наноагента, но под воздействием света с разными длинами волн. Тем самым воплощается в жизнь активно развивающаяся сегодня концепция тераностики — объединение терапии и диагностики на одной платформе.

Адресную доставку наночастиц к клеткам обеспечивали посредством оснащения поверхности наночастиц антителами, узнающими рецептор HER2. Важно отметить, что метод оснащения наночастиц антителами, разработанный в данном исследовании, значительно отличается от традиционных.

«Несмотря на невероятное количество фундаментальных исследований в области адресной доставки препаратов, в особенности наночастиц, к раковым опухолям, задача создания “магической пули” до сих пор не решена. В клинике нет ни одной адресной наночастицы, которая бы селективно поражала только опухолевые клетки и не имела бы побочных эффектов. Наше исследование — это небольшой шаг на пути решения данной проблемы.

Мы разработали способ получения наночастиц, которые обладают адресными свойствами: распознают широко известный онкомаркер HER2 на поверхности раковых клеток, диагностируют местоположение первичного опухолевого узла и метастазов в организме, но уничтожают только там, где мы раковые клетки обнаружили и посветили светом с определенной длиной волны. Этот метод лечения носит название фотодинамической терапии и уже активно используется», — рассказала о работе Виктория Шипунова, заведующий лабораторией биохимических исследований канцерогенеза МФТИ.

Уникальность работы заключается в самих наночастицах — они не флуоресцируют до того, пока не поглотятся раковой клеткой, что облегчает диагностику в режиме реального времени.

Исследование поддержано Российским научным фондом (проекты 22-73-10141 и 19-14-00112), а также Министерством науки и высшего образования РФ (проект 075-03-2023-106, FSMG-2023-0015).

Для любознательных

Над такими технологиями активно работают и в России, и за рубежом. Мы подобрали несколько ярких примеров — у каждой команды свой подход, но цель одна: создать наночастицы, которые «поймут», где раковые клетки, и дадут врачу сигнал для визуализации (чтобы увидеть опухоль на снимке или под микроскопом).

В России

• НИТУ «МИСиС» и РНИМУ им. Пирогова. Учёные создали «биомикроботов» — гибридные частицы. В их основе магнитные наночастицы оксида железа. Их модифицировали: сначала покрыли органическим полимером (полиэтиленгликолем) для защиты от деградации в организме и снижения токсичности, а затем присоединили антитела к специфическим белкам раковых опухолей. Ещё добавили люминесцентный краситель. В итоге частицы могут точечно находить больные клетки, «помечать» их и давать сигнал для визуализации. Сейчас коллектив готовился к доклиническим исследованиям.
• МФТИ (Институт биофизики будущего). Здесь разработали «таргосомы» — наночастицы на основе биосовместимого и биоразлагаемого сополимера (PLGA — молочная и гликолевая кислоты). Их поверхность модифицировали так, чтобы они целенаправленно связывались с онкомаркером HER2 (его часто сверхэкспрессируют при раке молочной железы). Внутри таких частиц «загрузили» сразу три компонента: флуоресцентный краситель (для диагностики), фотосенсибилизатор (для фотодинамической терапии) и химиопрепарат. Это позволяет одновременно подсвечивать опухоль, отслеживать метастазы и воздействовать на неё. Лабораторные испытания на животных показали высокую эффективность.
• Университет ИТМО (совместно с коллегами из Швейцарии). Учёные синтезировали люминесцентные наночастицы из оксида гафния, допированного ионами редкоземельных металлов (европия, тербия). Оксид гафния биоинертен и уже одобрен для инвазивного применения. Редкоземельные элементы отвечают за свечение под действием ультрафиолета или синего света. Такая система может стать безопасной альтернативой токсичным квантовым точкам и использоваться для визуализации опухолей и повреждённых сосудов.
• ИОНХ РАН (в соавторстве с ИТЭБ РАН и РНИМУ). Исследователи создали наночастицы на основе оксида церия, модифицированные ионами гадолиния. Гадолиний традиционно используется как контрастный агент при МРТ. Совмещение этих компонентов позволило получить систему, которая не только улучшает контрастность при МРТ (помогая визуализировать опухоль), но и демонстрирует потенциал для терапии (накапливаясь в раковых клетках и способствуя их гибели). Дополнительное покрытие декстраном повысило биосовместимость.

В мире

• Разные группы в США, Европе, Китае. Активно исследуют наночастицы на основе золота, оксида железа, кремния и других материалов. Например, учёные комбинируют металлические ядра с полимерными или биомиметическими покрытиями (имитирующими мембраны клеток), чтобы повысить биосовместимость, продлить циркуляцию в кровотоке и улучшить нацеливание на опухоль. Встречаются системы, где в одной наночастице совмещены несколько функций: контрастирование для МРТ, КТ или оптической визуализации плюс доставка лекарства или фотосенсибилизатора.
• Отдельно стоит упомянуть квантовые точки. Это полупроводниковые наночастицы с уникальными оптическими свойствами. Их тоже применяют для молекулярной визуализации, в том числе для поиска опухолевых маркеров. Однако одна из задач исследователей — решить проблему токсичности некоторых типов квантовых точек (например, содержащих кадмий), чтобы сделать их безопасными для применения в живом организме.

Что общего в этих разработках?

Ключевая идея — функционализация. Просто сделать наночастицу мало: нужно «научить» её распознавать мишень (специфический белок, рецептор, особенность метаболизма раковой клетки) с помощью антител, пептидов, лигандов или других биомолекул. А для визуализации используют разные методы: флуоресценцию, магнитные свойства (для МРТ), оптические или радиоизотопные метки.

Конечно, на пути от лаборатории до клиники много барьеров: нужно доказать не только специфичность и эффективность, но и долгосрочную биосовместимость, отсутствие побочных эффектов, а также отработать методы доставки. Но прогресс в этой области действительно впечатляет — такие технологии могут кардинально изменить подход к ранней диагностике и мониторингу лечения рака.

Источник: https://mipt.ru/