Невидимые наноубийцы раковых клеток

Ученые из BIND Biosciences, разработавшие новые наночастицы для доставки лекарственных средств, надеются, что смогут уменьшить побочные эффекты противораковых химиотерапевтических препаратов, одновременно увеличив их эффективность.

Исследователи доказали, что разработанные ими наночастицы, которые не только содержат лекарственные препараты, но и упакованы в белковые молекулы для прикрепления к раковым клеткам, могут лучше остановить рост опухолей простаты, молочной железы и легких у грызунов.

Ученые BIND сделали частицы, которые могут оставаться в крови более суток, увеличивая вероятность того, что лекарства достигнут ткани-мишени. Они также работают над улучшением метода, позволяющего получить большие количества таких средств доставки лекарств, для подготовки к клиническим испытаниям на больных раком в следующем году.

Подход компании основан на технологии самосборки полимеров, разработанной в лаборатории Роберта Лангера (Robert Langer), профессора химической инженерии из MIT, пионера исследований в области биоматериалов. Лангер основал BIND в 2006 году вместе с Омидом Фарохзадом (Omid Farokhzad), ученым и врачом из Гарвардской медицинской школы и бывшим докторантом Лангера.

«Идея использования наночастиц состоит в том, чтобы снизить дозы, сохранив эффективность, и убрать побочные действия», - говорит Петр Гродзинский (Piotr Grodzinski), директор Nanotechnology for Cancer Programs at the National Cancer Institute. Гродзинский считает, что в некоторых случаях наночастицы вполне применимы для увеличения дозы с одновременным понижением токсичности. Это особенно важно для химиопрепаратов, которые часто назначаются в высоких дозах, что приводит к серьезным побочным эффектам. Они настолько опасны, что некоторые пациенты предпочитают отказаться от дальнейшего лечения.

В некоторых из существующих и в целом ряде разрабатываемых препаратов используются наночастицы с липидными мембранами и другие технологии для увеличения продолжительности пребывания лекарства в крови, что позволяет большему количеству молекул действующего вещества достичь тканей-мишеней, распространяясь по кровеносным сосудам. Но никому еще не удалось создать препарат, одновременно увеличивающий время циркуляции и количество селективно доставляемого к раковым клеткам лекарства.

Ядро наночастиц, разработанных в BIND, сделано из биодеградирующих полимеров PLA (полимолочной кислоты) и PLGA (сополимера молочной и гликолевой кислот), в молекулярной сетке которых содержится нужный лекарственный препарат, что уменьшает его диффузию. Наружный слой сделан из гидрофильных молекул полиэтиленгликоля. Это позволяет наночастице избежать обнаружения белками и белыми кровяными клетками, уничтожающими патогены в крови. Внешний слой наночастиц усеян специально разработанными пептидами, которые селективно прикрепляются к заранее определенным клеткам, доставляя к ним свою убийственную «начинку».

При строгом соблюдении химических условий все три компонента спонтанно организуются в наночастицы. «Так как самосборка не требует многочисленных сложных стадий химического процесса, частицы очень легко производить», - говорит Фарохзад. «И мы может делать их килограммами, чего еще не достиг никто». В большинстве технологий, занятых созданием терапевтических наночастиц, сначала делается ядро, которое затем покрывается нужными молекулами. Это более сложный процесс, который бывает трудно повторить в точности.

Используя скрининг для определения лучших частиц-кандидатов, ученые из BIND создали сотни вариантов наночастиц для каждого препарата, а затем определили те из них, которые дольше сохраняются в крови и проявляют более выраженные свойства в достижении тканей-мишеней. Незначительно изменяя концентрацию каждого из трех компонентов, ученым удалось создать наночастицы, которые отличаются размерами, поверхностным зарядом и концентрацией молекул-ориентиров на их поверхности.

Между способностью избегать обнаружения клетками иммунной системы и способностью селективно прикрепляться к нужным клеткам очень тонкий баланс. Если молекул-лигандов на поверхности наночастиц очень много, они слишком быстро уйдут из крови. В то время как ученые традиционно пытаются «загрузить» наночастицу максимальным количеством таких маркеров, Лангер и Фарохзад показали, что наночастицы с меньшим количеством молекул-лигандов на поверхности в действительности проявляют лучшие свойства.

На настоящий момент ученые протестировали свою технологию на 15 различных лекарствах для лечения рака, сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний, но особо сфокусировали свое внимание на химиотерапевтических препаратах. Проверяя терапевтические наночастицы на генетически модифицированных мышах, имеющих клетки человеческих опухолей, ученые показали, что у животных, получавших их наночастицы, сохраняется гораздо более высокая концентрация препарата в опухоли – до 20 раз – в течение 12 часов после введения по сравнению с животными, которые получали как обыкновенные лекарства, так и препарат в наночастицах без молекул-маркеров на их поверхности.

Согласно результатам, представленным в прошлом месяце на конференции в Национальном институте рака, ученым из ВIND удалось увеличить время циркуляции препарата в крови с 3-6 до 24-72 часов. «Они показали действительно впечатляющее время циркуляции», - говорит Джозеф ДеСимон, химик из Университета Северной Каролины, не принимавший участия в работе. «Это гораздо больше, чем все, что я видел в литературе».

Для запланированных клинических испытаний на людях компания еще не определилась ни с типов раковой опухоли, ни с химиотерапевтическим препаратом. Однако процесс расширения производства для получения достаточного количества наночастиц для испытаний идет.

Совместно с фармацевтическими компаниями ученые BIND работают над поиском возможных препаратов, включая не применяемые сейчас из-за тяжелых побочных эффектов, действие которых можно усилить с помощью наночастиц.