Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

Уничтожить раковые клетки: кремниевые наночастицы эффективнее липосом

Медицина и нанотехнологии против рака: «протоклетки» доставляют терапевтические и диагностические средства в ядро раковой клетки
NanoNewsNet по материалам Sandia Labs: Sandia and UNM lead effort to destroy cancers

Объединив нанотехнологические методы с результатами медицинских исследований, ученые Национальной лаборатории Сандиа (Sandia National Laboratories), Университет Нью-Мехико (University of New Mexico, UNM), и Исследовательского и лечебного онкологического центра (Cancer Research and Treatment Center, CRTC) при UNM разработали эффективную стратегию использования наночастиц для уничтожения раковых клеток.

В статье The targeted delivery of multicomponent cargos to cancer cells by nanoporous particle-supported lipid bilayers, анонсируемой на обложке майского номера журнала Nature Materials, ученые описывают кремниевые наночастицы размером около 150 нанометров в диаметре, напоминающие пчелиные соты, полости которых могут быть заполнены большими количествами различных лекарственных препаратов.

«Огромный потенциал нанопористого ядра, с его большой площадью поверхности, в сочетании с улучшенным таргетингом инкапсулирующего липидного бислоя [липосомы] позволяет отдельной «протоклетке», загруженной коктейлем из лекарственных препаратов, убивать резистентные раковые клетки», – комментирует суть работы ее руководитель профессор Университета Нью-Мехико Джефф Бринкер (Jeff Brinker), научный сотрудник лаборатории Сандиа.


Изображение протоклетки (криогенная ТЭМ)
с нанопористым ядром и липидным
бислоем толщиной около 4 нм.
(Фото: nature.com)

Наночастицы и окружающие их образованные из липосом мембраны, практически аналогичные клеточным, вместе составляют комбинацию, которую можно рассматривать как «протоклетку»: мембрана «запечатывает» смертоносный груз и модифицируется молекулами (пептидами), специфически связывающимися с рецепторами, сверхэкспрессирующимися на поверхности раковых клеток. (Слишком большое количество рецепторов – один из сигналов того, что клетка является раковой). Наночастицы обеспечивают стабильность мембраны и содержат терапевтический (или диагностический, например, квантовые точки) груз, высвобождая его внутри клетки.

Сегодня одобренной Управлением по контролю над качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США (U.S. Food and Drug Administration) стратегией доставки терапевтических препаратов с помощью наночастиц является использование липосом. Сравнение целевых липосом и протоклеток с идентичными мембранами и пептидными композициями показало, что способность доставлять большее количество препаратов, стабильность и эффективность таргетинга протоклеток приводят к многократному усилению цитотоксичности, специфически направленной на клетки рака печени человека.

Другое преимущество протоклеток над липосомами, говорит ведущий автор исследования Карли Эшли (Carlee Ashley), заключается в том, что использование липосом в качестве носителя требует специализированных стратегий загрузки, что делает процесс их производства более сложным. В отличие от обычных липосом нанопористые кремниевые частицы практически просто впитывают лекарственные препараты, загружаясь уникальными комбинациями, необходимыми для персонализированной медицины. Помимо химиотерапевтических препаратов они эффективно инкапсулируют токсины и малые интерферирующие РНК (siRNA), подавляющие экспрессию генов.


Схематическое изображение связывания протоклеток с клеточной мембраной с помощью целевых пептидов (1),
интернализации протоклеток рецепторно-опосредованным эндоцитозом (2)
и последующего высвобождения их груза в цитоплазме (3) и ядре (4) клетки.
(Рис. nature.com)

РНК, биологические мессенджеры, «говорящие» клеткам, какие белки они должны синтезировать, в этом случае используются для подавления синтеза  – один из способов вызвать запрограммированную клеточную смерть, или апоптоз.

Составляющие мембрану липиды служат в качестве щита, ограничивающего просачивание токсичных химиотерапевтических препаратов из наночастиц до тех пор, пока они не проникнут в раковую клетку. Это означает, что в организм пациента попадет меньшее количество яда, если протоклетки не найдут раковых клеток. Такое покрытие смягчает токсические побочные эффекты, практически неизбежные при проведении традиционной химиотерапии.

Вместо этого частицы – достаточно маленькие, чтобы оставаться незамеченными «радарами» печени и других органов  – могут циркулировать в крови в течение многих дней или даже недель, в зависимости от их размера, ища свою жертву и не нанося вреда организму.

Используя данные созданной в CRTC библиотеки фагов – вирусов, поражающих бактерии – ученые нашли пептиды, специфически связывающиеся только с раковыми клетками.

«Белки, модифицированные целевым пептидом, связывающимся с клетками определенной карциномы, демонстрируют в 10000 большее сродство именно к этим раковым клеткам, чем к каким-либо другим клеткам организма», – объясняет Эшли. «Ключевой особенностью нашей протоклетки является то, что ее жидкий бислой позволяет высокоаффинное связывание всего с несколькими из таких пептидов. Это снижает вероятность неспецифического связывания и развития иммунной реакции».


На снимке слева (Hep3B) показана флуоресцирующая зеленым клетка рака печени с находящимися в ней протоклетками.
Маленькие красные точки – липидные бислойные «упаковки». Их груз  – заполненные лекарственными препаратами наночастицы –
проникает в раковую клетку. Здесь их поры заполнены белым флуоресцентным красителем с целью визуализации.
Проникновение более отчетливо видно на втором изображении.
На снимке справа: протоклетки не проникают в здоровую клетку печени (гепатоцит).
(Фото Carlee Ashley)

Ученые продолжают оптимизировать размер наночастиц из пористого кремния, получаемых аэрозолизацией раствора предшественников. Разработанный лабораторией Бринкера процесс производства пористых наночастиц – называемый индуцируемой выпариванием самосборкой  – позволяет получать частицы от 50 нанометров до нескольких микрон в диаметре. Частицы размером от 50 до 150 нм идеально подходят для максимально долгой циркуляции в крови и поглощения раковыми клетками, поэтому до превращения в протоклетки они предварительно отбираются по размеру.

Сейчас метод тестируется на человеческих раковых клетках in vivo, и в ближайшее время ученые приступят к его проверке на опухолях мышей. По их оценкам, коммерчески доступным он может стать в течение пяти лет.

Читать статьи по темам:

доставка препаратов лечение рака наномедицина наночастицы Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Наночастицы «всё в одном» для диагностики и лечения рака

Новая наночастица представляет собой пакет средств для нескольких видов визуализации и лечения, сочетание которых может быть подобрано таким образом, который раньше трудно было даже представить. А беспрецедентная безопасность таких наночастиц для организма венчает успех ученых.

читать

Стрельба по опухоли разделяющимися боеголовками

Наночастицы, которые при контакте с раковыми клетками расщепляются на меньшие по размеру объекты, позволят лекарственным препаратам глубже проникать в ткани опухоли, обеспечивая более эффективное лечение.

читать

Возвращенцы: Александр Кабанов, специалист по наномедицине

Директор первого в Америке и в мире академического наномедицинского центра – о планах организации лаборатории в России, адресной доставке препаратов, наночастицах в лечении рака и многом другом.

читать

«Умные» наночастицы: самосборка, диагностика и лечение рака

Сотрудники ИБХ РАН создали самособирающиеся наночастицы, которые самостоятельно находят в организме раковые клетки, окрашивают их, позволяя локализовать опухоль, и уничтожают пораженные клетки под действием внешнего магнитного поля.

читать

Онкология: большие надежды на крошечные частицы

Нанотехнологии открывают новые возможности для адресной доставки онкологических препаратов – в частности, при лечении рака поджелудочной железы.

читать