Ударим нанокораблями по злобным раковым клеткам!

Реки крови несут боевые нанокорабли к раковым клеткам

Пилюли от рака — давняя мечта человечества. Сотни разработок и опытов так и не дали надёжного и эффективного варианта лекарства. Но есть шанс, что нанотехнологии наконец-то дадут миру долгожданный чудо-препарат. Собственно, опытный его вариант уже существует и даже проходит тесты на мышах. 

Майкл Сэйлор уже известен постоянным читателям "Мембраны" по созданию так называемой "умной пыли" (фото Erika Kyte Walsh).

Такой поиск провела группа химиков, биологов и инженеров под руководством профессора Майкла Сэйлора (Michael Sailor) из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD). Неизвестно, сколько всего было откликнувшихся, но соискатели просмотрены и теперь у команды есть многообещающий претендент на вакантную должность.

Впрочем, для его описания чаще используют другое образное сравнение. Американские учёные разработали и построили "корабли" с поперечником всего 50 нанометров, которые способны плавать по всему организму, ловко избегая уничтожения "сторожевыми катерами" (агентами иммунной системы), находить раковые клетки и доставлять в них одновременно несколько видов груза.

Сочетание в одном флаконе транспортной, целебной и диагностической функции — уникальная особенность созданных Сэйлором и его коллегами сложных нанокомплексов. Исследователи называют их грузовыми кораблями или материнскими судами (cargo ship или mother ship), поскольку в основе проекта — прочный корпус, спроектированный в расчёте на длительное плавание по кровотоку.

Один из ключевых участников проекта, биоинженер и профессор медицины Сангита Бхатиа (Sangeeta Bhatia) из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), поясняет: "Многие лекарства выглядят перспективными в лабораторных условиях, но не в теле человека, поскольку они не попадают в больные ткани в нужное время или в достаточно высокой концентрации, чтобы быть эффективными.

Эти лекарства не способны избежать природной защиты организма или различать свои цели и здоровые ткани. Кроме того, нам не хватает средств для выявления таких заболеваний, как рак, на ранних стадиях, когда терапия может быть наиболее эффективной".

Новые "корабли" и решают все эти задачи.

Учёные создали корпуса своих нанопосудин из видоизменённых липидов, которые весьма точно подражают поверхности живых клеток. За счёт этой маскировки им удаётся оставаться незаметными для иммунной системы.

Исследователи спроектировали молекулы таким образом, чтобы наноскорлупки могли спокойно плавать по всему телу в течение нескольких часов, прежде чем окажутся разрушенными. Но в этот момент практически все они уже доставят свой груз (или десант) к цели — внутрь раковой клетки. До того же времени прочные липидные стенки должны исключить случайное высвобождение токсичного (то есть опасного для здоровых тканей) содержимого.

Навигация этих наносудов обеспечена следующим образом. Корпуса "кораблей" снабжены специальным протеином F3. Он был создан под руководством биолога Эркки Руослати (Erkki Ruoslahti) в институте медицинских исследований Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (Burnham Institute for Medical Research).

F3 сконструирован так, чтобы прилипать к поверхности исключительно раковых клеток, а потом — проникать внутрь, затягивая весь "корабль" в клеточное ядро.

Строение своего "грузового судна" авторы данной работы также сравнивают с горсткой орехов, покрытых шоколадной оболочкой. Орехи – это набор из тех веществ и материалов, которые должны быть выгружены в "порту" (опухоли), а шоколад – биоинженерная липидная капсула (иллюстрация Ji-Ho Park/UCSD).

Тут-то в работу должен вступить груз. В первую очередь — антираковый препарат доксорубицин, который призван уничтожить клетку. Но это не всё.

В липидной нанокапсуле учёные ухитрились разместить ещё несколько "пассажиров". Это наночастицы оксида железа (суперпарамагнетик) и флуоресцентные квантовые точки. И те и другие предназначены для диагностики раковых образований, но разными способами.

Железные наночастицы, сконцентрированные в раковых клетках, отлично будут видны при обследовании на магнитно-резонансном томографе (МРТ), а квантовые точки выдадут поражённые участки тела свечением во флуоресцентном сканере. Причём наночастиц в "корабль" помещается несколько штук, что повышает яркость изображения опухоли при сканировании.

Заметим, учёные не в первый раз говорят о применении квантовых точек в диагностике разных заболеваний. На эту тему существует масса исследований, уже давших интересные результаты. Также звучали предложения по задействованию мигрирующих наночастиц для выявления именно рака. Вопрос в том, как совместить сразу несколько вариантов диагностики между собой, да ещё и с лечением, да ещё так, чтобы это было безопасно для организма.

Двойная диагностика очень полезна, поскольку оба метода получения изображений хорошо дополняют друг друга. Магнитная томография способна просветить человека насквозь, а флуоресценция даёт картину лишь на малой глубине, зато — с куда более высоким разрешением. Всё это позволяет бороться с самыми небольшими раковыми образованиями ещё на ранней стадии заболевания, когда зачастую опухоль остаётся незамеченной медиками.

"Можно представить себе хирурга, который перед операцией определяет конкретное место опухоли в организме при помощи МРТ, а затем уже при содействии флуоресценции находит и удаляет все части опухоли в ходе самой операции", — говорит Сэйлор.

Аспирант Чи Хо Пхарк (Ji-Ho Park), ещё один участник работы, говорит: "Это исследование – первый пример одного наноматериала, используемого для одновременной доставки лекарства и получения многомодовых изображений больных тканей в живом организме". В руках Пхарка пузырёк с раствором уникальных нанокомплексов (фото Luo Gu/UCSD).

Таким образом, ввод в организм универсальных "нанокораблей" позволяет и диагностировать недуг, и следить за его развитием, и бороться с ним лекарственным методом, и помогать в оперативном вмешательстве. Фантастика, да и только. Пусть до шлифовки этой технологии и внедрения её в практику ещё далеко.

И всё же есть обнадёживающие результаты. Сэйлор и его соратники по проекту опробовали свои "грузовые суда" на мышах, подтвердив, что "наноскорлупки" выдерживают плавание по организму столько, сколько требуется.

(Детали исследования можно найти в статье в журнале Angewandte Chemie.)

Американские новаторы не считают, что уже достигли совершенства. Навигацию нанокапсул можно ещё улучшить. В настоящее время учёные работают над созданием таких "химических кодов" или соединений-добавок к корпусам нанокораблей, которые позволили бы направлять лекарства к конкретным опухолям, в отдельные органы, и вообще — в выбранные медиками точки в организме.

Сэйлор отмечает, что сразу в нескольких институтах сейчас экспериментируют с так называемыми гибридными наносистемами (к которым относится и данная разработка), но по большей части опыты с ними проводят в пробирках, а не в живых организмах, поскольку главные проблемы таких структур — плохая стабильность и малый срок циркуляции в крови.

Именно этот барьер и удалось преодолеть команде Сэйлора. Можно сказать, что найденный ею "курьер" оказался и смышлёным, и выносливым.

Источник