Ученые МФТИ и Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН создали уникальные биосовместимые наночастицы, которые способны распознать и визуализировать раковые клетки в организме, а также уничтожать их под воздействием внешнего света. Результат работы опубликован в журнале ACS Applied Nano Materials. Исследование поддержано Российским научным фондом .
Ученые во всем мире проводят активные исследования в области лечения онкологических заболеваний с помощью наночастиц. Наночастицы из сополимера молочной и гликолевой кислоты оказались одними из наиболее успешных кандидатов для внедрения в практику: в клинике уже применяется более 20 препаратов на их основе.
В своей работе российская научная группа разработала наночастицы сополимера молочной и гликолевой кислот (PLGA) для диагностики и фотодинамической терапии крупных опухолей молочной железы с экспрессией рецептора HER2. 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, а также в способе их получения — метод придания наночастицам адресных свойств уникален по многим параметрам, но в особенности благодаря своей простоте по сравнению с уже применяющимися. Возможно, именно он найдет применение в дальнейших биотехнологических разработках.
«Да, метод кажется топорным и не совсем изящным с точки зрения химии, но он отлично воспроизводится, что позволяет надеяться на одинаковость наночастиц от партии к партии. Воспроизводимость наночастиц от синтеза к синтезу — одна из самых непростых задач, с которой сталкиваются не только исследователи, но и биотехнологическое производство, что значительно замедляет их трансляцию в клиническую практику, особенно когда речь идет об адресных наночастицах», — подчеркнула Виктория Шипунова.
Диагностические свойства наночастиц были реализованы за счет загрузки биосовместимого красителя Нильского синего, а терапевтические — за счет загрузки фотосенсибилизатора Бенгальского розового. Несмотря на то, что эти соединения считаются уже чуть ли не традиционными, их свойства до сих пор используются не в полной мере. Например, липофильная природа Нильского синего позволила сделать наночастицы флуоресцирующими тогда и только тогда, когда они войдут внутрь раковой клетки: если наночастицы находятся снаружи клетки, они не светятся.
Таким образом, данная работа представляет собой не только фундаментальную разработку с точки зрения создания эффективных частиц для онкотерапии, но еще и очень удобный инструмент для исследователей.
«Наночастица флуоресцирует только тогда, когда возникло селективное взаимодействие и она уже проникла в клетку. То есть, в отличие от традиционных флуоресцентных частиц, например квантовых точек, нам не надо ждать, пока частицы полностью выведутся из кровотока, чтобы проводить диагностику, так как отсутствует фоновая флуоресценция от кровотока. Наблюдение можно делать в режиме реального времени, совмещая диагностику с терапией при необходимости», — говорит Виктория Шипунова.
Данная работа — фундаментальное исследование, являющееся шагом вперед в разработке нанопрепаратов нового поколения для диагностики и фотодинамической терапии опухолей. Инструменты исследования, разработанные в ходе реализации данного проекта, вероятно, окажутся очень полезными для поиска оптимальных наноструктур, направленных на другие онкомаркеры, а также для исследования фундаментальных процессов, оказывающих влияние на поведение наночастиц в организме и на их накопление в опухолях.
Институт биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН — базовая организация кафедры физико-химической биологии и биотехнологии ФБМФ МФТИ. Начать учиться на кафедре и заниматься физико-химическими исследованиями живой материи можно как в бакалавриате, так и после поступления в магистратуру или аспирантуру ФБМФ МФТИ.
