ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Химиотерапевтические препараты встречают на своем пути к опухоли множество препятствий. Их атакует сам организм, они с трудом проникают в толщу опухоли, а кроме того часто ошибаются и атакуют не только раковые клетки, но и здоровые.
Заключение лекарственных веществ в наносферы позволяет решить эти проблемы. Тщательно подбирая состав оболочки, можно защитить ее содержимое от атак со стороны иммунной системы и высвободить активные вещества, только когда сфера проникнет в опухоль.

Эти средства проходят последние стадии клинических испытаний. Созданы также наночастицы, которые выполняют одновременно диагностические и терапевтические функции.

 

 

 

Рак ведет с нашим организмом борьбу не на жизнь, а на смерть, а лекарственные средства, которые мы используем в надежде, что они помогут одержать верх в этой борьбе, часто терпят поражение — как и сам больной. Одна из причин бесплодности попыток уничтожить раковые клетки заключается в том, что большинство препаратов плохо справляются с задачей идентификации аномальных клеток и атакуют здоровые, что приводит к опасным для жизни побочным эффектам. Вторая причина связана с тем, что раковым клеткам «протягивает руку помощи» иммунная система, которая, напротив, должна их уничтожать. Она ошибочно принимает лекарственные вещества за патогенные бактерии или другие чужеродные агенты и разрушает их. Но даже если все сложится удачно и вещество достигнет цели, оно часто не может проникнуть достаточно глубоко в плотную опухолевую ткань.

Последние достижения в области наномедицины помогают лекарственным препаратам в достижении цели. Теперь они перемещаются в теле человека не самостоятельно, а будучи заключенными в защитную оболочку. Тщательно подбирая компоненты оболочки — обычно это сферы диаметром в несколько миллиардных долей метра, — можно избежать иммунного ответа. Казунори Катаока (Kazunori Kataoka) и его коллеги из Токийского университета заключили химиотерапевтические вещества в сферическую оболочку диаметром с вирус гепатита С — это примерно в 200 раз меньше размеров эритроцита. На молекулярном уровне такие сферы похожи на вещества, вырабатываемые самим организмом. Они легко проникают в толщу опухолевых тканей и не затрагивают здоровые клетки.

Разные модификации наносфер, изготавливаемых Катаокой, можно заполнять целевыми лекарственными веществами; сегодня они находятся на финальных стадиях клинических испытаний в странах Азии. Показано, что при таком способе целевой доставки химиопрепаратов замедляется или вообще останавливается рост опухолей молочной железы и поджелудочной железы. Вторую стадию испытаний— теперь в США— проходит еще один нанопрепарат. «В подобных испытаниях начальные стадии занимают очень много времени, но я уверен, что полученные результаты ускорят разработку новых версий», — говорит Катаока.

Камуфляж для химиопрепаратов

 

Применение нанотехнологий в химиотерапии — идея отнюдь не новая. Такие лекарственные средства, как абраксан, назначаемый при метастазирующем раке молочной железы, и элигард, используемый на поздних стадиях рака простаты, — это настоящие нанопрепараты. Но они действуют только на определенные типы опухолей. Наносферы же можно создавать разной архитектуры и наполнять разными лекарственными веществами. Нанотерапия, проходящая сейчас тестирование, по-видимому, будет особенно эффективна на поздних стадиях рака.

Большинство наносфер последних модификаций изготовлены из мягкого эластичного материала и испещрены молекулами полиэтиленгликоля, который связывает воду, а в данном случае — физиологические жидкости. Они нейтрализуют электрические заряды наносфер, способных вызвать иммунный ответ.
Водный слой сглаживает также любые выступы на поверхности наночастиц, которые могли бы «насторожить» иммунную систему и навести ее на мысль, что перед ней — бактериальная частица, покрытая антигенами. Размер наносфер — немного больше, чем у молекул химио-терапевтических веществ, — гарантирует, что они не будут разрушаться ферментами организма-хозяина и успеют дойти до цели. Так, первый из одобренных противораковых нанопрепаратов нового поколения, доксил, остается в кровотоке в целости и сохранности гораздо дольше, чем его обычный «родственник», доксорубицин. (Оба они используются при лечении больных, страдающих раком яичников.) Все это повышает прицельность терапии и помогает избежать разрушения химио-препаратов в организме.

И наконец, еще одно преимущество нанотерапии. Сферы, содержащие лекарственный препарат, разрушаются в кислой среде; в крови с ее близкой к нулю кислотностью они остаются герметичными и лопаются, только проникнув в опухолевую ткань, где кислотность гораздо выше. Таким образом, активные вещества лишаются защиты, лишь когда попадают непосредственно в опухоль.

Для того чтобы еще больше повысить управляемость наночастиц на пути к цели и достичь максимальной специфичности в отношении раковых клеток, их поверхность можно покрыть антителами, которые охотно связываются с поверхностными белками, присутствующими в больших количествах на наружной оболочке раковых клеток. Один из таких белков, EGFR, использовал в своих экспериментах биоинженер Дин Хо (Dean Но) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Его результаты, опубликованные в 2013 г. в журнале Advanced Materials, показали, что наночастицы, покрытые антителами, действительно связываются с раковыми клетками.

Наночастицы могут служить не только транспортным, но и лекарственным средством. Исследователи из Северо-Западного университета сконструировали частицы из крупинок золота и молекул РНК, отобранных по их способности выключать гены, ассоциированные с раком. Благодаря малым размерам и другим пока невыясненным свойствам такие частицы преодолевают одно из самых трудных для лекарственных веществ препятствий — гематоэнцефалический барьер. В октябре 2013 г. появилось сообщение, что, по данным опытов на животных, они проникают в головной мозг и атакуют образовавшуюся там опухоль. «У мышей под действием этих препаратов опухоль уменьшалась, но в конце концов они все-таки умирали от рака», — говорит Александр Штег (Alexander Stegh) из Северо-Западного университета. Каким образом данный барьер преодолевается, пока неясно. Возможно, наночастицы связываются с рецепторами на поверхности кровеносных сосудов, помогающими им продвигаться дальше.

Еще один тип наночастиц изготавливают из молекул нуклеиновых кислот. Они предназначены для обнаружения раковых клеток, циркулирующих в крови. Чад Миркин (Chad Mirkin), химик из Северо-Западного университета, руководитель проекта, надеется, что такие исследования приведут к созданию наночастиц, которые будут применяться как в диагностических целях, так и в терапевтических, уничтожая трудновыявляемые раковые клетки прежде, чем они образуют новые очаги опухолевого роста. Конструирование крошечных, но сильных «игроков» такого рода будет выдающимся достижением в области наномедицины.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ

Nanoparticle PEGylation for Imaging and Therapy. Jesse V. Jokerst et al. in Nanomedicine, Vol. 6, No. 4, pages 715-728: June 2011. www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3217316
Nanomedicine: Towards Development of Patient-Friendly Drug-Delivery Systems for Oncological Applications. R. Ranganathan et al. in International Journal of Nanomedicine, Vol. 7, pages 1043-1060. Published online February 23, 2012. www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ar-ticles/PMC3292417
Progress of Drug-Loaded Polymeric Micelles into Clinical Studies. Horacio Cabral and Kazunori Kataoka in Journal of Controlled Release, Vol. 190, pages 465-476: September 28, 2014.
О последних достижениях в области наномедицины см. по адресу: ScientificAmerican.com/apr2015/nanomed-advance