Поиск - новости науки и техники

Вылечат частицы. Нанокремний призвали на борьбу с опухолями.

Молодой ученый кандидат физико-математических наук Любовь Осминкина, старший научный сотрудник физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, вовсе не собиралась заниматься медициной. Она изучала оптические и полупроводниковые свойства пористого кремния, из которого изготавливают всевозможные надежные и чувствительные сенсоры. Например, для выявления различных вредных веществ при утечке газов. Новое направление возникло, когда в конце прошлого века Ли Кенэм, английский ученый, открыл у нанокремния, полученного электрохимическим способом, удивительное свойство: пластинки пористого нанокремния не отторгались живыми тканями. Появилась идея применить необычный материал в биомедицине.

– У нашей группы мысль призвать нанокремний на борьбу с раком возникла во время исследования чувствительности нового сенсора на молекулы кислорода, – рассказывает Любовь Андреевна. – Мы обнаружили, что при определенных условиях пористый нанокремний возбуждал окислительную активность кислорода – и тот уничтожал все и вся вокруг себя. В том числе злокачественные опухоли. При дальнейших экспериментах удалось доказать, что нанокремний обладает не только биосовместимостью, но и биоактивностью, не нанося ни малейшего вреда живому организму. Это значит, что его свойства, вызывающие деструкцию раковых клеток, можно активировать с помощью света, ультразвука или радиочастотного электромагнитного излучения. Более того, появляется возможность варьировать параметры самого кремния, например размеры его пор, что очень важно при доставке лекарств. Необыкновенный материал давал пищу воображению, буквально подталкивая к разработке на его основе перспективной технологии лечения. 
– И с чего вы начали?
– Мы создали метод получения наночастиц кремния, диаметр которых не превышает 100 нанометров. При таких параметрах частицы беспрепятственно проникают в живую клетку. Ведь ее размер – приблизительно 20 микрометров, но в защищающей клетку мембране есть поры, величина которых составляет примерно те самые 100 нанометров. Показали мы и возможность визуализации наночастиц внутри клеток, освещая их лазером. В результате удалось доказать вероятность применения кремниевых наночастиц для диагностики рака (о чем опубликовали статью в журнале International Journal of Molecular Sciences, doi:10.3390 /ijms17091536). 
– Как доставить наночастицы в клетки? 
– Существует два способа: пассивный и активный – по сути речь идет об адресной доставке частиц. Но и в том, и в другом случае лекарства (у нас наночастицы) в организм вводят внутривенно. При пассивном способе частицы циркулируют по кровеносной системе и “застревают” в здоровых и раковых клетках. Однако последние “привлекают” их куда больше: без преувеличения все дороги ведут к ним. Больные клетки обнаруживаются сразу – их окружают переплетенные в узлы кровеносные сосуды. Образуется целая система, питающая опухоль, – она все время набухает, становясь толще, потому что раковые клетки потребляют массу питательных веществ, а вместе с ними, обратите внимание, и наши наночастицы. Как удалось подсчитать, около 40% введенных внутривенно наночастиц накапливаются непосредственно в раковой опухоли. Этого достаточно, чтобы начать ее лечить, активировав попавшие туда частицы. 
Для адресной доставки наночастиц к их поверхности обычно прикрепляют молекулы-векторы – они и “направляют” частицы к цели, цепляясь к раковым клеткам. Наночастицы можно покрыть фолиевой кислотой – ее, как известно, активно захватывают клетки опухолей. В другом случае к частицам подсоединяют антитела, которые доставят их к клетке-мишени. Так шаг за шагом мы разрабатываем метод адресной доставки кремниевых наночастиц.
– Могут ли они нанести вред здоровым клеткам?
– Ответу на этот вопрос была посвящена наша статья, напечатанная в журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine в 2016 году (doi: 10.1016/j.nano.2016.04.004). Мы показали, что наночастицы пористого кремния не только биосовместимы, но и обладают уникальным свойством биодеградации. Все частицы, введенные в кровоток, накапливаются в естественных фильтрах организма – печени и почках. Однако основное преимущество нанокремния, в отличие, например, от наночастиц серебра или золота, в том, что он буквально растворяется в организме через одну-две недели после попадания туда. При этом продуктом биодеградации является кремниевая кислота. А она, замечу, не только не токсична, но даже необходима, например, для укрепления костей, роста соединительных тканей, выработки коллагена. 
– Вернемся к больным клеткам: как происходит их лечение?
– Особенность наших наночастиц – их пористая структура. В поры можно достаточно легко “загрузить” лекарства. Мы используем один из самых распространенных и действенных противо­опухолевых препаратов – доксорубицин, применяющийся для терапии различных форм рака. Попадая в зараженную клетку, частицы начинают растворяться (биодеградировать) – и лекарство оказывается в опухоли. Можно также инициировать быстрый выход лекарств из наночастиц, активируя их светом, ультразвуком или высокочастотным электромагнитным излучением. Со временем, уверена, эта технология станет едва ли не самым надежным и эффективным способом лечения рака.
– Но у всех лекарств есть противопоказания: попадая в печень и почки, они начнут их разрушать? Получается: одно лечат, другое калечат?
– Допустить этого никак нельзя, поэтому сегодня главная наша задача – отработать надежный метод активной адресной доставки наночастиц. Но и пассивная демонстрирует достаточно высокие результаты: при экспериментах мы вводили животным внутривенно наночастицы кремния – и в течение одного-шести часов они оказывались в опухоли. А примерно за пять-семь дней после начала действия лекарств происходило существенное торможение роста опухоли – и она постепенно разрушалась. Одновременно следили за состоянием печени подопытных мышей – и не зафиксировали ее патологических изменений.
– Расскажите, пожалуйста, как кремниевые наночастицы воздействуют на раковые клетки.
– Повторюсь, когда наночастицы кремния попадают в опухоль, их можно активировать. Например, как я уже говорила, при воздействии на них светом наночастицы возбуждают реактивные формы кислорода. А недавно мы обнаружили и доказали, что кремниевые наночастицы сами по себе позволяют усилить эффекты электромагнитного высокочастотного излучения, а также терапевтического ультразвука. Последний метод даже более действенен: если свет пробивается всего на 
1 сантиметр в ткань организма, чтобы эффективно воздействовать на опухоль, образовавшуюся на коже, то ультразвуковые волны и электромагнитное излучение проникают намного глубже – более чем на 10 сантиметров, “доставая” до всех органов. Естественно, терапевтическое действие наночастиц усиливается в несколько раз, когда их поры заполняются лекарством. Отмечу, что разрабатываемые нами методы лечения раковых заболеваний нельзя сравнивать с традиционной химиотерапией: мы стремимся к локальному действию наночастиц только на раковые клетки, тогда как химиотерапия влияет на весь организм.
– Об этих исследованиях вместе с коллегами вы написали несколько статей?
– Да, способами применения наночастиц кремния в биомедицине я занимаюсь уже около 10 лет. За это время наша группа опубликовала более 30 рецензируемых статей и половину из них – в высокорейтинговых зарубежных журналах. Только за последний год вышло пять публикаций в изданиях с высоким импакт-фактором (Scientific Reports, Journal of Controlled Release и проч.). Коллеги приняли наши статьи с интересом: мы получили много отзывов и насчитали уже более 300 ссылок. Я выступаю с докладами на крупных международных конференциях – и по тому, как принимают наши исследования, можно сказать, что в некоторых областях мы продвинулись даже несколько дальше многочисленных зарубежных коллег. 
– Удастся ли “довести до ума” этот метод, будет ли он когда-нибудь освоен?
– Будет, я уверена! Наша технология совсем не сложная, освоить ее, поставив производство лекарств на основе нанокремния на поток, достаточно
легко. Правда, потребуется для этого, думаю, лет 10-15 – стандартный срок для вывода лечебного препарата на рынок. Главное, что результатами наших исследований заинтересовались медики Онкологического центра им. Н.Н.Блохина – они готовы проводить у себя клинические испытания. Но нужно найти финансирование, чтобы провести очень затратные испытания на животных. У нас уже есть грант РНФ, однако одного его вряд ли будет достаточно. Поэтому мы рассчитываем на поддержку Минобрнауки, РОСНАНО, а также, возможно, и частных фондов. 
– Студенты в курсе ваших работ? 
– Да, конечно. Их это направление привлекает необычайно. Судить об этом можно по количеству интересующихся: за нашей лабораторией закреплено более 20 студентов и аспирантов. Только у меня их семеро, а они идут и идут. И все сильные, увлеченные ребята. 
Юрий Дризе
Иллюстрации предоставлены Л.Осминкиной
На изображении: Механизмы уничтожения раковых клеток при активации кремниевых наночастиц (статья в журнале Mesoporous Biomaterials, doi:10.1515/mesbi-2016-0005) 

Нет комментариев