Российскими учеными из лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС» созданы уникальные нанокомпоненты, эффективно помогающие в борьбе с онкологическими заболеваниями, облегчая как диагностику, так и терапию новообразований. О главных направлениях работы лаборатории и перспективах в этой сфере рассказал заведующий лабораторией Максим Абакумов.

Главными векторами исследований, отметил он, являются три направления, которые так или иначе связаны с магнитными наноматериалами — наночастицами железа и золота: создание нанопрепаратов, которые применяются для магнитной гипертермии опухоли, разработка контрастных веществ, способных значительно увеличить чувствительность диагностических тестов, и систем адресной доставки лекарств, повышающих эффективность химиотерапии, и снижающих количество нежелательных побочных явлений.

Магнитная гипертермия

Этот вид терапии раковых заболеваний является одним из важнейших направлений деятельности лаборатории. Магнитная гипертермия представляет собой локальное повышение температуры, нарушающее работу белков в раковых клетках, что в итоге приводит к гибели онкологических образований. Общая гипертермия, при которой нагревается все тело, имеет огромное количество побочных эффектов, поэтому медики стараются применить более точный и щадящий режим – локальную гипертермию. В этом случае происходит точный местный нагрев определенной области организма до температуры 43-45 градусов. Здоровые клетки при этом не повреждаются возвращаясь после прекращения терапии в свое нормальное состояние. Более чувствительные опухолевые клетки не выдерживают такого воздействия и погибают.

Главное в данной методике — обеспечение точной локализации нагрева. Для этого учеными был разработан метод, при котором наночастицы вводятся в опухолевый очаг, после чего область обрабатывается высокочастотным магнитным полем — нагрев в этом случае происходит только в тех местах, где находятся наночастицы. Специальный прибор позволяет контролировать мощность поля, его параметры, время воздействия и точно удерживать температуру не повреждая окружающие ткани. Эксперименты, проведенные на нескольких опухолевых моделях, показали, что применение такой терапии в 70% случаях позволяет полностью излечить животных от экспериментальных опухолей разного типа. Более того, у них возникала защита от данного вида онкообразований за счет активации собственных сил организма.

Инженер кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Всеволод Мазов добавил, что сотрудниками кафедры разработаны методы синтеза наночастиц золота различных форм и размеров, что крайне важно для выявления оптимального спектра термальной терапии. Как выяснилось, формой частиц которая проявила наиболее яркие свойства в переносе световой энергии в тепловую, оказались так называемые нанозвезды — структуры, обладающие небольшим ядром и острыми шипами. Именно благодаря наличию шипов звезды могут генерировать мощный тепловой поток на кончике иглы который приводит к локальному разогреву до 5 тыс. градусов, воздействуя на раковые образования как обычная термическая пушка.

Контраст для МРТ

Использование магнитных наночастиц в качестве контраста для МРТ является второй и очень значимой областью применения новой разработки, продолжил Абакумов. Как известно, магнитно-резонансная терапия — это один из широко применяемых неинвазивных методов в диагностике различных заболеваний, в том числе и онкообразований. К сожалению, врачам не всегда удается точно отличить опухоль от здоровой ткани, особенно на ранних стадиях болезни. Именно поэтому при МРТ-диагностике используются контрастные вещества, которые, скапливаясь в тканях, меняют ее структуру, увеличивая интенсивность ответа на поступивший сигнал. В настоящее время для этой цели, как правило, используются агенты, содержащие гадолиний. Однако этот тяжелый металл обладает двумя негативными свойствами: он вызывает нефроз почки и накапливается в головном мозге, порождая отложенный побочный эффект.

Уникальные свойства магнитных наночастиц позволяют им взаимодействовать с магнитным полем, изменяя его сигнал, при этом они содержат только наночастицы железа, которое входит в состав гемоглобина, в структуру многих белков и абсолютно безопасно для человека. Кроме того, эти частицы покрыты белком – человеческим альбумином, который также является естественным образованием организма. Специально сконструированная система точно вводит вещество в опухолевые образования, после чего отличить патологический очаг от здоровой ткани не составляет никакого труда. За 10 лет работы ученым удалось провести полный цикл доклинических испытаний, и в настоящее время специалисты готовят документы для разрешения на проведение ограниченной клинической фазы экспериментов с участием пациентов-добровольцев.

Адресная доставка препаратов

Как известно, одним из основных методов лечения онкологических заболевания является химиотерапия. Несмотря на очевидный эффект в лечении многих онкопатологий, большинство препаратов, которые используются в химиотерапии, являются сильными ядами, вызывающими огромное количество побочных эффектов, таких как ослабление иммунитета, нарушение кроветворящих функций костного мозга, выпадение волос, и пр. Эти эффекты в основном связаны с отсутствием контроля в распределении препарата при внутривенном введении и являются факторами, которые сильно ограничивают их применение. Кроме того, рассчитанная доза препарата распространяется по всему организму — до раковой опухоли она доходит в количестве, явно недостаточном для терапевтического эффекта. При этом увеличивать общую дозу препарата нельзя, это губительно скажется на здоровье пациента — попадая в здоровые органы он скапливается в клетках и повреждает их ДНК.

В этом случае весьма эффективной становится концепция так называемой «магической пули» которая заключается в том, что при целевом попадании препарата в опухолевую зону произойдет снижение побочного эффекта, увеличение результативности его действия, что в итоге будет способствовать и общему повышению качества жизни пациента.

Для реализации такой концепции сотрудниками лаборатории были разработаны гибридные наноматериалы на основе магнетита или золота. За счет внешнего магнитного поля частицы магнетита могут быть доставлены точно в определенные участки организма, при этом они несут на себе определенные поверхностно активные группы, позволяющие сорбировать препараты и доставлять их в опухоль. Золотые наночастицы, в отличие от магнетитов, обладают иной химией поверхности, что позволяет им избирательно прикреплять лиганды, специфичные для определенных типов опухолевых заболеваний. Одной из разработок в этом направлении стало создание препаратов для терапии рака простаты — ученые получили гибридые молекулы, состоящие из несущих наночачстиц и адресного лиганда — простато-специфического мембранного антигена (ПСМА). Клетки опухолевой ткани обладают рецепторами, к которым крепится именно этот лиганд, но к нормальным клеткам, не содержащим рецепторов, наночастицы не прикрепляются. Таким образом, можно достичь избирательной доставки препарата к опухоли, не затрагивая здоровых клеток даже при внутривенном введении.

На сегодняшний день, продолжил Абакумов, научные исследования в основном закончены, в Минздрав РФ подана заявка на ограниченные клинические исследования контрастного диагностического метода. В качестве полигона выбран Центр нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко, где на излечении находится больше количество людей с диагнозом «опухоль мозга», для которых этот метод и был разработан. Препараты для термотерапии и таргетной доставки лекарств доводятся до стадии успешно воспроизводимых результатов на животных, после чего начнутся клинические испытания с перспективой введения этих разработок в практическую медицину.

Общая стоимость исследований, по словам Абакумова составляет от нескольких миллионов, до нескольких десятков миллионов рублей — в настоящее время точную цифру затрат определить трудно. Однако, по приблизительным расчётам, себестоимость препарата без включения затрат на коммерциализацию и производство окажется в пять-шесть раз меньше чем у зарубежных компаний, при этом его рыночная цена опустится в полтора-два раза по сравнению с импортными аналогами, так что российские разработки смогут составить значительную ценовую конкуренцию существующим ныне препаратам.

Несмотря на развитие методов и появление новых лекарств, отметил он, раковые заболевания продолжают оставаться ведущей причины смертности населения — их количество не уменьшается. «Конечно многие заболевания, которые ранее считались неизлечимыми, поддаются сейчас стопроцентному лечению, — сказал он, — однако в течение ближайших 30-50 лет нам не удастся победить раковые болезни. Впрочем, думаю, что к концу этого столетия мы одержим на победу над онкологией, и человечество, наконец, забудет, что такое рак».

Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter