«Если баобаб не распознать вовремя, потом от него уже не избавишься. Он завладеет всей планетой». Примерно то же самое можно сказать о большинстве злокачественных опухолей, в наше время ставшей одной из основных проблем человечества. И хотя по общей смертности онкология все равно уступает сердечно-сосудистым заболеваниям, страх перед агрессивными новообразованиями от этого меньше не становится.
В последние двадцать лет к почти вековому опыту хирургии, радио- и химиотерапии присоединилась иммунология, привнесшая в борьбу с раком клеточные вакцины и моноклональные антитела. И тот, и другой методы уже хорошо зарекомендовали себя, но необходимость искать всё новые и новые средства борьбы не исчезает. В последнее время эти поиски всё чаще проводятся в наномире.
Давид Череш и его коллеги из Университета Калифорнии в Сан-Диего предложили воспользоваться наночастицами, избирательно связывающимися с новообразованными сосудами.
(брутто-формула C
Обладает противоопухолевой активностью, применяется в химиотерапии рака. Превосходит даунорубицин по спектру действия. Противоопухолевый антибиотик антрациклинового ряда. Оказывает антимитотическое и антипролиферативное действие. Механизм действия заключается во взаимодействии с ДНК, образовании свободных радикалов и прямом воздействии на мембраны клеток с подавлением синтеза нуклеиновых кислот. Клетки чувствительны к препарату в S- и G2-фазах.
Традиционно проблема адресной и высокоточной доставки решается с помощью антител — белков-иммуноглобулинов, обладающих способностью избирательно и очень прочно связываться с молекулой-мишенью — антигеном.
Сразу несколько исследовательских групп сообщали в последнее время об использовании комплексов антител с наночастицами или обычными лекарствами.
Например, Элен Виета и её коллеги из Университета Техаса и Массачусетского технологического соединили антитела к определенному типу клеток с углеродными нанотрубками, нагреваемыми при облучении ближним инфракрасным светом.
Невидимого для человеческого глаза, но проникающего на небольшую глубину излучения оказалось достаточно, чтобы «взорвать» клетки-мишени. Из-за особенностей инфракрасного света подобный метод ограничен использованием на поверхности и небольшой глубине тела.
Череш и его коллеги воспользовались одной из «самых старых» бионанотехнологий — липосомами.
Эти нанопузырьки, по сути, представляют из себя крошечные мембранные органеллы, биологически совместимые с любым организмом. Ещё до активного внедрения в медицинскую науку похожих на футбольный мяч фуллеренов и прочих наночастиц липосомы уже использовались как контейнер для доставки лекарственных препаратов. Например, их способность быстро сливаться с любыми клетками очень помогает в косметологии.
искусственно создаваемые липидные везикулы (пузырьки), состоящие из одного или нескольких фосфолипидных бислоев, разделенных водной фазой. Диаметр липосом может колебаться от 25 до 10000 нм. Обычно липосомы получают путем встряхивания или обработки ультразвуком водных суспензий фосфолипидов. Липосомы могут быть сформированы из индивидуальных фосфолипидов, как природных, так и синтетических, а также из смеси фосфолипидов.
Вначале липосомы использовали только как модели биологических мембран. В дальнейшем было установлено, что их можно применять как микроконтейнеры, которые способны доставлять разнообразные лекарственные препараты в различные органы и ткани. В липосомы могут быть заключены ферменты, гормоны, витамины, антибиотики, цитостатики, циклические нуклеотиды.
Использование комплексов липосома–препарат имеет ряд преимуществ перед применением только препаратов: липосомы позволяют доставлять в клетки вещества, которые в отсутствие липосом в них не проникают; присоединение к липосомам соответствующих антител (векторов) может обеспечить доставку веществ в клетки-мишени; препарат, инкапсулированный в липосомы, обеспечивает большой терапевтический эффект (время действия увеличивается, при этом доза его может быть значительно снижена); липосомы могут эффективно использоваться как адъюванты, то есть вещества, стимулирующие иммунологические реакции.
Предполагают, что существует по крайней мере 2 пути проникновения липосом в клетку. Первый заключается в том, что вследствие эндоцитоза липосома захватывается клеткой и образуется вакуоль, которая сливается с лизосомами. Фосфолипазы лизосом гидролизуют фосфолипиды мембраны лизосом, обеспечивая выход препарата в цитоплазму клетки. Если липосома состоит из нескольких липидных мембран, то постепенный гидролиз их обеспечивает медленное поступление препарата в клетку. Второй путь – это когда липосомы сливаются с клеточной мембраной, при этом липидный компонент липосомы встраивается в мембрану клетки, а водорастворимый препарат проникает в цитоплазму. Таким образом, в обоих случаях вещество, инкапсулированное в липосоме, попадает в клетки несмотря на мембранный барьер.
В экспериментах на животных показано, что при внутривенном, внутримышечном и внутрибрюшинном введении липосомы довольно быстро покидают кровяное русло, так как захватываются клетками системы макрофагов, в первую очередь клетками печени и селезенки. Другие органы и ткани поглощают некоторое количество введенных липосом, однако их доля невелика.
При этом Черешу удалось обойтись без трудоемкого производства антител.
Дело в том, что в нашем организме контакт и взаимное узнавание клеток происходит с помощью многочисленных молекул межклеточного взаимодействия. Самые распространенные среди них — семейство интегринов, значительная часть которых расположена на эндотелии, выстилающем внутреннюю поверхность сосудов. Благодаря интегринам циркулирующие клетки «узнают», где им нужно остановиться, прикрепиться, а если есть необходимость, то и выйти из сосуда в ткани.
В данном случае мишенью стал интегрин ανβ3, в значительно большей концентрации встречающийся на эндотелии растущих сосудов опухолей. Адресно связывающийся с этим интегрином белок RGD уже был опробован онкологами при диагностике и исследовании опухолей. Теперь RGD включили в стенку липосомы, также состоящей из дистеаролфосфотидилхолина, холестерола, дистеролфосфатидилэтаноламина и прочих композитов жирных кислот, названия которых иногда можно встретить на баночке с обычным ночным кремом.
Введение липосом мышам оказалось особо эффективным для борьбы с вновь образующимися очагами — метастазами.
Учёные считают, что это связано с тем, что основная опухоль уже обладает развитой сетью сосудов, в то время как в метастазах как раз идёт активный рост, связанный с увеличенной концентрацией на поверхности клеток «мишени» вышеупомянутого интегрина.
Череш отметил, что этот метод позволил снизить концентрацию доксорубицина в 15 раз, и это при том, что препарат продолжали вводить в общий кровоток, а не в конкретную артерию, снабжающую опухоль. Результаты работы опубликованы в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences.
Учёные отмечают, что их работа стала не только очередным вкладом в борьбу с раком, но ещё раз подтвердила необходимость поиска «маркеров» — специфических белков и других молекул на поверхности клеток, характерных именно для опухоли. Ведь помимо своей диагностической ценности они могут стать следующей удобной мишенью для новых «умных бомб»; именно так назвали свое нанодетище американские онкологи.
