Нанотехнологии открыли целый спектр новых возможностей в медицине. Сегодня ученые активно исследуют свойства наночастиц с целью их применения в диагностике и лечении разнообразных заболеваний, в том числе онкологических. Одно из таких исследований проводит междисциплинарная группа на кафедре общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ — базовой кафедре НИЦ “Курчатовский институт”. Ученые изучают воздействие наночастиц в сочетании с ультразвуком на раковые клетки. Руководитель группы, заместитель директора по образовательной деятельности и молодежной политике НИЦ “Курчатовский институт”, заведующий этой кафедрой Павел Кашкаров рассказал о том, каких успехов удалось добиться исследователям в области ультразвуковой терапии онкологических заболеваний.
— Разработка нанотехнологических медицинских препаратов сейчас, без преувеличения, передний край науки, — говорит П.Кашкаров. — Большинство исследований в этой области посвящено либо созданию самих лекарственных препаратов, либо технологиям их направленной доставки. Сегодня ученые уже могут предложить принципиально новые препараты, воздействующие адресно, например, только на клетки в очаге болезни, не повреждающие при этом здоровые ткани. Ожидается, что они будут особенно эффективны при лечении онкологических заболеваний, ведь для уничтожения клеток опухоли используются очень токсичные вещества.
— Какие методы разрушения опухоли предлагают ученые? Что может дать наибольший эффект?
— Одно из перспективных направлений в разработке таких лекарств связано с использованием наночастиц. Они обладают уникальными свойствами, и в настоящее время предлагаются различные методики лечения злокачественных опухолей с их применением.
Поры раковых клеток больше по размеру, чем поры здоровых клеток, поэтому если правильно выбрать размер наночастиц, они будут накапливаться преимущественно в клетках опухоли. Кроме того, раковые клетки более чувствительны к нагреванию, чем здоровые, и начинают гибнуть при температуре 42-45°С, в то время как здоровые клетки эту температуру выдерживают. На этом основан метод гипертермии, то есть перегрева: можно адресно доставлять наночастицы к раковым клеткам и накапливать там, и при электромагнитном воздействии такие клетки будут нагреваться до температур 42-45°С, что ведет к их гибели.
Еще один известный путь разрушения опухоли — фотодинамическая терапия. Здесь используется особое свойство молекул кислорода, которые в большом количестве растворены во всех биологических жидкостях организма. В своем обычном состоянии они не токсичны и химически не очень активны. Если же их перевести в специфическое — энергетически возбужденное (синглетное) — состояние, то химическая реакционная способность кислорода возрастает в тысячу раз, и в этом состоянии кислород способен разрушить клетки опухоли.
Перевод молекул кислорода в активную форму возможен только с помощью специальных препаратов — фотосенсибилизаторов, которые используют энергию квантов света для трансформации кислорода в такую форму. После введения препарата область опухоли подвергается интенсивной засветке. В качестве фотосенсибилизаторов обычно используют молекулы органических красителей. Однако у них есть определенные недостатки: они сами достаточно токсичны, и, кроме того, трудно обеспечить их адресную доставку в область опухоли. Поэтому при пребывании пациента в освещенном помещении возможно повреждение и здоровых клеток.
Эти недостатки в значительной мере устраняются при использовании в качестве фотосенсибилизатора наночастиц полупроводника, например кремния. Над реализацией этого подхода наша научная группа работает уже несколько лет.
— Почему именно кремний?
— Кремний — нетоксичный материал, один из самых распространенных элементов на Земле, он содержится в достаточном количестве и в человеческом организме. Еще один очевидный плюс — кремниевые частицы биодеградируемые, то есть быстро окисляются, превращаясь в двуокись кремния (или песок) и выводятся из организма. Последнее устраняет необходимость содержания пациента в темноте после сеанса фотодинамической терапии. Сейчас идет сложная кропотливая работа — ученые выясняют, как эти наночастицы будут вести себя, например, в физиологических жидкостях.
На эти исследования мы потратили много усилий. Но совершенно неожиданно выяснилось другое интереснейшее обстоятельство, которое можно считать открытием: поражающую силу наночастиц можно увеличить ультразвуком. Наночастицы, находясь в клетках опухоли, под воздействием ультразвуковой волны вызывают разрушение этих клеток.
— Каким образом это происходит? Ведь при ультразвуковом воздействии могут пострадать и здоровые ткани, в которых расположена опухоль.
— Да, мощный ультразвук сам по себе губителен для живых клеток. Но здесь как раз ключевую роль играют наночастицы. Для облучения можно использовать ультразвуковую волну такой интенсивности, которая не повредит здоровым тканям. Механизм довольно прост: ультразвуком обрабатываются клетки опухоли, в которые предварительно помещены наночастицы. Последние трансформируют энергию звуковой волны в движение, начинают интенсивно вибрировать внутри клетки и в конце концов разрывают ее. Предварительные эксперименты in vitro показали, что этот метод работает великолепно.
Кстати, такой эффект — разрушение клеток опухоли под воздействием мощного ультразвукового облучения — был открыт еще в 1930-е годы в Советском Союзе. Тогда для разрушения опухоли использовали очень мощное ультразвуковое излучение. Однако в 1950-е годы эти работы были свернуты. Сейчас ученые вновь вернулись к изучению этого метода, но уже с использованием свойств наночастиц.
— Получается, что в отличие от других методов, о которых вы рассказали, в этом нет никаких очевидных минусов?
— Как и везде, здесь тоже есть свои достоинства и недостатки. Прежде всего, очень важно обеспечить низкую токсичность этих частиц. Даже кремний, на первый взгляд такой биосовместимый материал, не всегда безопасен для организма. Накапливаясь в большом количестве, эти наночастицы могут забивать сосуды, приводить к другим нежелательным последствиям. Поэтому сейчас мы работаем над снижением концентрации наночастиц в суспензии, которая вводится в опухоль.
Еще одна задача, которой мы занимаемся, — оптимизация частоты ультразвукового облучения, мощности волны, совершенствование других параметров, чтобы добиться высокого результата при минимальных негативных последствиях. С моей точки зрения, этот метод представляется весьма перспективным. Его огромное преимущество в том, что можно вводить наночастицы пациенту в опухоль и облучать ультразвуком снаружи ту область, где она расположена, не боясь, что это повредит остальные органы.
— Получается, это совместный исследовательский проект физиков и медиков?
— Не только. Эта работа — один из примеров междисциплинарного творчества ученых. Физики Курчатовского института и Московского университета сотрудничают с биологами ряда академических институтов биологического направления, с медиками Российского онкологического научного центра. Создание современных сложных медицинских препаратов, новейших методов лечения сегодня невозможно без междисциплинарного подхода, без конвергенции наук.
Следующий этап нашей работы — проведение опытов на экспериментальных животных. Думаю, что в конце концов нам удастся создать медицинский препарат, способный эффективно и без побочных последствий разрушать злокачественную опухоль.
Беседу вела Олеся ПЕНКИНА
Нет комментариев