Лечение рака нанотехнологиями в россии

В россии разрабатывают прорывную терапию против рака

Лечение рака нанотехнологиями в россии

МОСКВА, 18 окт — РИА Новости, Альфия Еникеева. Отечественные специалисты разрабатывают и испытывают препараты для иммунотерапии рака, более дешевые и такие же эффективные, как импортные аналоги.

В их основе — животные и искусственные моноклональные антитела, которые вовлекают защитные силы организма в борьбу против злокачественной опухоли. Как продвигаются исследования, РИА Новости рассказали ученые и врачи.

Антитела в помощь иммунитету

“Смысл иммунотерапии рака заключается в том, чтобы помочь человеческому организму побороть злокачественную опухоль самостоятельно. Как правило, наша иммунная система умеет распознавать раковые клетки. Но так случается не всегда.

Некоторые опухоли вырабатывают специальные белки, мешающие их увидеть и уничтожить. Если активность этих белков подавить, то иммунная система идентифицирует опухоль как чужеродную и начнет с ней бороться.

Именно на этом построено действие иммуноонкологических моноклональных антител”, — объяснила РИА Новости директор Института кластерной онкологии Сеченовского университета Марина Секачева.

Помимо того что антитела умеют специфично связываться с белками на поверхности раковых клеток, они могут проникать к ним внутрь и мешать работе ферментов, разлагающих формальдегид — опасный продукт жизнедеятельности. В результате в клетке скапливаются токсины.

В прошлом году ученые из Института общей генетики РАН показали, что если антителам помочь и дополнительно блокировать в клетках работу этих ферментов (например, обрабатывая их дисульфирамом), то стойкость опухоли к действию терапии снижается.

Как отметил руководитель проекта, заведующий лабораторией генетического контроля устойчивости к стрессам Института общей генетики РАН Юрий Дорохов, работа в этом направлении продолжается, но “пока из суеверных соображений нам лучше сделать паузу в общении с прессой”.

Лечение не для всех

“Не стоит рассматривать иммунотерапию как панацею. Скажем, в случае меланомы и рака легкого она очень эффективна, а при некоторых молекулярных особенностях опухоли не действует в принципе. Важно подобрать для каждого онкопациента свой вид лечения”, — уточнила Марина Секачева.

Другая проблема иммуноонкологических препаратов — их высокая стоимость. Во-первых, моноклональных антител для лечения рака не так много на рынке.

Во-вторых, на все действует патентная защита, ведь первый такой препарат появился всего несколько лет назад.

Сейчас уже зарегистрированы десятки наименований в разных странах мира, еще сотни лекарственных средств — на стадии клинических исследований.

“Во многом дороговизна этих препаратов связана с особенностями разработки. Технология получения терапевтических антител для связывания конкретных белков-мишеней — чрезвычайно трудоемкий и затратный по времени процесс.

Даже использование прогрессивных методов, таких как генная инженерия и направленная эволюция, лишь ненамного повышает ее эффективность и скорость.

Кроме того, полученные в результате антитела в любом случае требуют дальнейшей гуманизации и наработки в стабильных линиях-продуцентах, создание которых — отдельная сложная задача”, — пояснил заведующий лабораторией клеточного сигналинга МФТИ Николай Барлев, участвовавший в проекте по разработке искусственных антител.

Семь лет отмерь — один препарат получи

Согласно официальному реестру Миндрава России, в стране сейчас проходят клинические испытания около десятка моноклональных антител для иммунотерапии рака. По крайней мере, один препарат — отечественная разработка. Он находится на второй стадии испытаний.

Руководитель лаборатории инженерии и синтеза антител биотехнологической компании BIOCAD Анна Владимирова принимала непосредственное участие в создании одного из первых российских иммуноонкологических препаратов.

По ее словам, полный цикл его разработки и испытаний занял около семи лет.

“Создание нового моноклонального антитела мы начинаем с определения мишени. Обычно это некий белок в организме человека, который мы хотим нейтрализовать. В случае с онкологическими заболеваниями речь идет о рецепторах на поверхности опухолевых клеток, например факторах роста.

Затем мы вакцинируем животное, вводим ему антиген — ту самую мишень. Организм животного вырабатывает антитела в качестве иммунного ответа.

Дальше мы забираем у животного кровь, выделяем из нее иммунные клетки, несущие гены этих антител, и получаем из них генетический материал в виде библиотеки антител”, — объясняет ученый РИА Новости.

Библиотека — это пробирка с прозрачной жидкостью, внутри которой — миллиарды разных вариантов антител. Чтобы отобрать из этого множества те, что способны затормозить размножение раковых клеток, ученые используют фаги — вирусы бактерий.

1 из 5

Исследователи берут кровь у животного, привитого антигеном-мишенью, и выделяют из нее иммунные клетки, несущие гены антител

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

2 из 5

Полученный генетический материал находится в библиотеках антител — пробирках с прозрачной жидкостью, внутри которых — миллиарды разных вариантов антител

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

3 из 5

С помощью вирусов бактерий — фагов — ученые сужают число вероятных кандидатов. Затем выбирают из них два-три лучших варианта и переносят их на бактерии. Бактерии размножаются, и каждая несет на себе генетическую информацию одного варианта антитела

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

4 из 5

Из бактерий выделяют генетический материал и расшифровывают

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

Затем исследователи с помощью биоинформатических методов строят 3D-модель антитела, точечно меняя некоторые аминокислоты, чтобы улучшить свойства полученных белковых соединений и сделать их похожими на белок человека

5 из 5

Затем исследователи с помощью биоинформатических методов строят 3D-модель антитела, точечно меняя некоторые аминокислоты, чтобы улучшить свойства полученных белковых соединений и сделать их похожими на белок человека

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

1 из 5

Исследователи берут кровь у животного, привитого антигеном-мишенью, и выделяют из нее иммунные клетки, несущие гены антител

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

2 из 5

Полученный генетический материал находится в библиотеках антител — пробирках с прозрачной жидкостью, внутри которых — миллиарды разных вариантов антител

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

3 из 5

С помощью вирусов бактерий — фагов — ученые сужают число вероятных кандидатов. Затем выбирают из них два-три лучших варианта и переносят их на бактерии. Бактерии размножаются, и каждая несет на себе генетическую информацию одного варианта антитела

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

4 из 5

Из бактерий выделяют генетический материал и расшифровывают

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

5 из 5

Затем исследователи с помощью биоинформатических методов строят 3D-модель антитела, точечно меняя некоторые аминокислоты, чтобы улучшить свойства полученных белковых соединений и сделать их похожими на белок человека

© Лаборатория инженерии и синтеза антител, BIOCAD

“Мы делаем конструкции, несущие на своей поверхности варианты нужных нам антител. Затем эти фаговые частички наливаем в пробирку, где живет антиген-мишень. Нас интересуют только способные связаться с мишенью, остальные мы удаляем. Так из нескольких миллиардов вариантов у нас остаются сотни тысяч.

Из них мы выбираем две-три лучшие молекулы и переносим их на бактерии кишечной палочки. Они начинают размножаться, и появляются бактериальные клоны — потомки одной клетки. Они несут в себе генетическую информацию о единственном варианте антитела. Мы выделяем из этих бактерий генетический материал и расшифровываем его.

Полученные на этом этапе данные — это то, что обычно пишется в первых строчках патента на препарат”, — объяснила исследовательница.

На заключительных этапах ученые с помощью биоинформатических методов строят 3D-модель антитела, точечно меняя некоторые аминокислоты, чтобы улучшить свойства полученных белковых соединений и сделать их похожими на белок человека. Это позволяет избежать побочных реакций, иммуногенности и нежелательного ответа организма.

“Такие конструкции мы передаем коллегам, которые работают с клетками яичника китайского хомячка. Они нарабатывают белки и тестируют их в функциональных клеточных тестах, проверяют наши гипотезы.

Если эти кандидаты прошли долгий цикл проверок, мы имеем право выпускать их на доклинические испытания к мышам, а при самом оптимистичном варианте — на клинические испытания и запускать регистрацию препарата”, — уточнила Владимирова.

Пластиковая терапия

Ученые из лаборатории клеточного сигналинга МФТИ предложили значительно сократить процесс создания антител, заменив их искусственными аналогами. Они успешно испытали антитела из полимеров, позволяющие уничтожать раковые клетки.

“При непосредственном участии нашей группы удалось получить наночастицы с молекулярным импринтингом против пептидов. Это открывает возможности использовать нашу технологию в будущем для создания терапевтических препаратов на их основе.

Механизм их действия такой же, как у обычных белковых антител: они могут связывать молекулы-мишени на поверхности раковых клеток. Однако в отличие от природных аналогов они также могут нести внутри себя противоопухолевые препараты.

Таким образом, они могут одновременно выступать и как терапевтический агент, и как средство направленной доставки. То есть по специфичности и эффективности пластиковые нано-антитела ненамного отличаются от белковых аналогов, а их получение несравнимо проще и быстрее”, — пояснил один из руководителей работы Николай Барлев.

Описанные результаты ученые получили на раковых клетках, растущих в пробирке. В настоящее время, по словам Барлева, идет подготовка к экспериментам на животных.

Это позволит оценить эффективность инновационных препаратов при лечении рака печени, простаты и других агрессивных форм злокачественных опухолей.

Если “пластиковые антитела” успешно пройдут испытания на животных, затем их, скорее всего, протестируют и на человеке.

Источник: https://ria.ru/20191018/1559896967.html

Нанотехнологии против рака

Лечение рака нанотехнологиями в россии

  • Статьи
  • Науки о жизни
  • Нанотехнологии
  • Нанотехнологии против рака

06 Апреля 2016

Ирина Терешкова, Роснаука

Российским ученым удалось разработать уникальный метод диагностики рака – наносредство на основе магнетита, которое поможет обнаружить недуг на ранней стадии с помощью МРТ и сразу начать эффективное лечение.

Как работает инновационный препарат и когда с его помощью можно будет не только диагностировать, но и лечить рак, «Rosnauka.ru» рассказал руководитель проекта, заведующий лаборатории НИТУ «МИСиС» Александр Мажуга.

Досье. Александр Георгиевич Мажуга Доктор химических наук. Профессор, заместитель декана Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» в НИТУ «МИСиС».

Область научных интересов: синтез наногибридных функциональных материалов, биоорганическая химия, медицинская химия, нанохимия, развитие новых подходов к синтезу и исследованию биологически активных веществ.

– Александр Георгиевич, в чем принципиальное отличие диагностики рака методом МРТ с помощью нового наносредства от традиционно используемых методов?

Прежде всего, стоит рассказать о том, какие методы диагностики онкопатологии существуют – это УЗИ диагностика, компьютерная томография, МРТ. Половина из этих методов – МРТ, причем примерно в 70% случаях магнитно-резонансная томография применяется без контрастных средств.

Однако, если мы говорим о раке головного или поражениях спинного мозга, других патологиях, их нельзя обнаружить без использования контрастного вещества, позволяющего лучше визуализировать очаг поражения и определить размер опухоли.

Для этого, в качестве контрастных средств во всем мире используют препараты на основе гадолиния и магнитных частиц.

У препаратов на основе гадолиния – два недостатка: во-первых, высокая токсичность, т.к. гадолиний тяжелый металл, во-вторых, слишком быстрый период выведения из организма. Поэтому МРТ нужно проводить очень быстро – в период от 5 до 10 минут, пока препарат еще не выведен из организма пациента, что не всегда возможно.

Второй тип контрастных агентов – магнитные частицы, это то направление, которое разрабатывает наша лаборатория. В клинической практике существовало 5 контрастных агентов на основе магнитных частиц для диагностики рака печени.

Они захватывались клетками печени или макрофагами, циркулирующими в крови человека, и направлялись непосредственно в печень. Контрастный эффект был весьма впечатляющим, но, к сожалению, из-за большого размера – более 100 нанометров, контрастное вещество имело большую токсичность.

Из клинической практики пришлось вывести 3 из 5 подобных препаратов. Сейчас используется 2 из них – для желудочно-кишечного тракта и сторожевых лимфатических узлов.

На наш взгляд, проблема была не только в большом размере, но и в том, что сама технология получения магнитных частиц была неправильной – агрегаты получали неконтролируемым образом.

Магнитные частицы можно сделать маленькими, например, нам удается получать материалы с размером частиц от 10 нанометров. Однако, если технология синтеза будет неправильной, из этих магнитных частиц получится агрегат слишком большого размера, что грозит, например, закупоркой сосудов.

Приступив к реализации этого проекта, мы искали ответ на вопрос, как сделать частицы устойчивыми и нечужеродными для нашего организма. Для этого коллектив ученых НИТУ «МИСиС», РНИМУ имени Н.И. Пирогова и МГУ имени М.В.

Ломоносова синтезировал частицы, покрытые человеческим сывороточным альбумином, представляющим собой один из белков крови, нечужеродный для нашего организма.

С помощью химического синтеза мы добились того, чтобы частицы имели размер от 40 до 60 нанометров и были абсолютно стабильны.

Как ведут себя частицы внутри организма животных, изучали с помощью крысиной модели – мультиформной глиобластомы, это рак головного мозга.

Настоящим открытием стало доказательство того, что частицы накапливаются не только в клетках печени, но и в головном мозге. При этом в отличие от препаратов на основе гадолиния, находятся внутри организма не несколько минут, а около часа, после чего выводятся через печень.

С уверенностью говорить об этом мы сможем после соответствующих исследований. Сейчас начались доклинические испытания инновационного нанопрепарата, цель которых – подтвердить его безопасность и эффективность.

Предстоит проверить, не будет ли препарат пагубно воздействовать на иммунную систему, вызывать аллергию и даже влиять на состояние следующего поколения. Планируем в 2018 году начинать клинические испытания.

– Почему так важно, чтобы магнитные частицы имели определенный размер и были стабильными?

(Отвечает Тимур Низамов, инженер первой категории лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ МИСиС)

Это очень важно, иначе, они могут вызывать различные побочные эффекты – тромбоз, иммунную реакцию организма и прочие негативные последствия. Обеспечить стабильность помогает правильный выбор полимера. Мы можем его химически модифицировать или загрузить меньшее количество лекарства, что также влияет на свойства стабильности.

Для того, чтобы наночастица обладала определенными магнитными свойствами, и вела себя нужным нам образом, мы синтезируем именно магнетит или другие оксиды железа, демонстрирующие суперпарамагнетизм либо феремагнетизм в зависимости от задач. Одновременно решаем и другую задачу – покрываем магнетит стабилизаторами – полимерами. В магнитном поле частица может нагреваться или вращаться и тем самым выполнять ту задачу, которая ей отведена.

– Инновационный препарат можно использовать для диагностики опухолей головного мозга, какие исследования необходимо провести для того, чтобы применять его и для выявления других видов рака?

(А.М.)В проекте доклинических испытаний планируется также проверить препарат для диагностики рака молочной железы. Если подтвердится, что наша технология работает правильно, с ее помощью можно будет диагностировать разные виды онкопатологии – магнитные частицы будут проникать в любой пораженный очаг.

– А каким образом магнитные частицы «выбирают» себе цель и накапливаются именно в опухолевых клетках?

Все просто. Стенки наших сосудов выстилает эндотелий, имеющий определенные поры. У сосудов, выстилающих здоровую ткань, поры не превышают 10 нанометров. Поры в сосудах, питающих злокачественную опухоль, увеличиваются в 60 раз. И это тоже легко объяснить.

Опухолевые клетки активно размножаются, им в большом количестве требуются кислород, питательные вещества и витамины. Поэтому опухоль выращивает вокруг себя разветвленную сеть сосудов и поры увеличиваются в десятки раз, чтобы питательным веществам было легче сквозь них проникнуть.

То есть в здоровую ткань магнитные частицы провалиться не могут, а в опухоли спокойно накапливаются.

– Что необходимо сделать для того, чтобы технологию использовать в дальнейшем не только для диагностики, но и для терапии онкологических заболеваний?

Мы сейчас над этим активно работаем. Для того, чтобы с помощью магнитных частиц можно было не только диагностировать, но и лечить рак, нужно загрузить в них лекарство. Мы используем клинически одобренный препарат доксорубицин, предназначенный для химиотерапии. В оболочку, в которую зашиваются магнитные частицы, добавляется доксорубицин, задача которого – убивать злокачественные клетки.

Для того, чтобы эту методику можно было применять в терапии рака, нужно провести немало доклинических испытаний на клетках, подобрать нужную концентрацию, очень важно правильно осуществить синтез, чтобы частицы были стабильными, загружалась оптимальная доза лекарства.

Важная задача – добиться того, чтобы лекарство вытекало с поверхности частиц в определенное время и в строго определенном месте под воздействием внешних факторов. Для этого используется магнитное поле: оно включается, и частицы начинают вытекать.

– Планируете в 2018 году проводить клинические испытания. А какие-то прогнозы можно сделать уже сейчас?

Не секрет, что ученые не любят загадывать. Пока все идет хорошо. Мы подобрали оптимальную дозу лекарства – 5 мг на кг веса. Диагностировать опухоль можно практически с момента ее зарождения.

Сейчас в рамках доклинических испытаний уже получен хороший результат: расширено диагностическое окно, с помощью контрастного вещества можно наблюдать злокачественное новообразование в течение 2 часов, а не 5-15 минут.

Этого времени уже достаточно для того, чтобы оболочка с магнитными частицами выгрузила достаточное количество лекарства.

– Как родилась подобная идея диагностировать рак с помощью наночастиц магнетита?

Это продукт интеллектуального труда коллаборации НИТУ «МИСиС» совместно с МГУ имени М.В. Ломоносова и РНИМУ имени Н.И. Пирогова. Изначально разрабатывать направление начали в МГУ, где существовал проект, посвященный синтезу различных наноматериалов. Мы стали сотрудничать с РНИМУ имени Н.И.

Пирогова, где работают главные специалисты по опухолям головного мозга в нашей стране. Они предоставили модель головного мозга, поэтому было решено разрабатывать диагностику именно этого вида онкопатологии.

Важно правильно охарактеризовать магнитные свойства, сейчас у нас в одной команде трудятся химики, биологи, физики и медики.

Препараты новые, традиции старые

Работа строилась по уже проложенному до нас пути. Еще в Советском Союзе пытались диагностировать и лечить рак с помощью магнитных частиц, загруженных лекарством.

Созданные препараты исследовали на овцах, а вот до клинических испытаний на людях так и не дошло. Использование магнитных частиц большого размера влекло за собой массу побочных эффектов.

Например, клетка, нагретая с помощью магнитного поля до 42-44 градусов Цельсия, умирала и отравляла весь организм продуктами своего разложения.

Появление нанотехнологий вдохнуло новую жизнь в эту методику.

-Новый препарат будет дорогим?

Совершенно нет, ведь в его основе – обычный оксид железа. Единственный дорогой компонент – человеческий сывороточный альбумин, которым покрывается магнетит.

Но с уверенностью могу сказать, что если все пойдет успешно, новое лекарство окажется вполне по карману россиянам.

Кроме того, препарат практически не будет иметь противопоказаний, за исключением заболеваний, связанных с повышенным содержанием железа, так как магнетит – это оксид железа.

– Какие еще исследования в области диагностики и терапии рака проводятся в вашей лаборатории?

Наша лаборатория «Биомедицинские наноматериалы», образованная в НИТУ МИСиС еще очень молодая, она создана в 2014 году. На уровне научно-исследовательской работы мы сейчас также изучаем влияние низкочастотного магнитного поля на биохимические реакции внутри клеток с магнитными частицами. Это неинвазивный способ воздействия на злокачественные клетки. Ничего подобного в мире еще нет.

НИТУ «МИСиС» разрабатывает и метод фотодинамической терапии, когда опухолевые клетки загружаются специальными веществами, после чего на них светят лазером с определенной длиной волны, вследствие чего происходит образование активных форм кислорода, которые буквально убивают опухоль изнутри. В перспективе он сможет заменить операционное вмешательство, которое чревато тем, что опухоль во время операции выпускает в кровоток большое количество метастазов и пациенту приходится принимать специальные препараты, чтобы их убить еще в крови и не дать «прилипнуть» к стенкам сосудов.

– Рак распространяется по всему миру с быстротой, вызывающей сильную тревогу и при этом сильно молодеет. Существуют ли сегодня прецеденты полного излечения?

Да, такие случаи есть и они не так уже редки.

С каждым годом появляются новые эффективные химиотерапевтические средства, если раньше в арсенале онкологов было всего 30-40 подобных препаратов, то сегодня их количество перешагнуло уже за 300.

Будущее за комбинацией методов: если раньше ограничивались монотерапией, то сейчас на опухоль воздействуют химиотерапией и облучают или еще чем-то воздействуют.

Главное – выявить опасный недуг на ранней стадии. Чем раньше будет поставлен диагноз, тем выше шансы на излечение. В связи с этим разработка новых методов диагностики имеет большое значение.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 06.04.2016

назад

24

Декабря

2015

Наночастицы из оболочек вируса, который поражает бобовые растения, у мышей, больных меланомой и другими формами рака стимулировали иммунную систему, которая уничтожала не только саму опухоль, но и метастазы. Но механизм этого эффекта пока неизвестен.

читать

26

Марта

2015

Многослойные наночастицы, преобразующие рентгеновские лучи в свет видимого спектра, позволяют использовать фотодинамическую терапию (ФДТ) для уничтожения не только поверхностных, но и глубоко расположенных злокачественных опухолей.

читать

13

Января

2014

Лейкоциты, покрытые нанолипосомами с двумя белками, один из которых прикрепляет их к самим лейкоцитам и к раковым клеткам, а второй вызывает в клетках апоптоз, уничтожают циркулирующие в кровотоке опухолевые клетки – источники метастазов.

читать

17

Апреля

2013

Система прицельной доставки химиопрепаратов на основе наноалмазов повышает эффективность лечения и снижает риск побочных эффектов лечения отличающегося особой агрессивностью трижды-негативного рака молочной железы.

читать

14

Декабря

2009

Нанотехнологии открывают новые возможности для адресной доставки онкологических препаратов – в частности, при лечении рака поджелудочной железы.

читать

Источник: http://www.vechnayamolodost.ru/articles/nanotekhnologii/nanotekhnologii-protiv-raka/

Сделано в России: передовые нанотехнологии против рака

Лечение рака нанотехнологиями в россии

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».

Социальные кнопки для Joomla

выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://lekoboz.ru/meditsina/sdelano-v-rossii-peredovye-nanotekhnologii-protiv-raka

Нанороботы, борющиеся с раком, запрограммированы на поиск и уничтожение опухолей | AB-NEWS – Новости науки и техники

Лечение рака нанотехнологиями в россии

В крупном исследовании в области наномедицины ученые Аризонского государственного университета (ASU) в сотрудничестве с исследователями из Национального центра нанонауки и технологии (NCNST) Академии наук Китая успешно запрограммировали нанороботы для сокращения опухолей путем отсечения их от притока крови.

«Мы разработали первую полностью автономную роботизированную систему ДНК для очень точного воздействия лекарств и целенаправленной терапии рака», – сказали Хао Янь, директор Центра молекулярного дизайна и биомиметики Института биотехнологии ASU Bioesign, и профессор Милтон Глик из Школе молекулярной медицины наук.

«Кроме того, эта технология является стратегией, которая может быть использована для борьбы со многими видами рака, поскольку все кровеносные сосуды, питающие опухоли, по существу одинаковы», – сказал Хао Янь.

Успешная демонстрация технологии, первое в своем роде исследование у млекопитающих с использованием моделей рака молочной железы, меланомы, яичников и легких, была опубликована в журнале Nature Biotechnology.

Найти и уничтожить

Хао Янь является экспертом в области ДНК-оригами, которая в последние два десятилетия существенно продвинулась в построения все более сложных структур наномасштаба, в тысячу раз меньшем, чем ширина человеческого волоса. Технология дает надежду на революцию в медицине.

И такая революция может случиться в один прекрасный день – может быть даже немного быстрее, чем ожидалось.

Наномедицина – это новая отрасль медицины, которая стремится сочетать обещание нанотехнологий открывать совершенно новые возможности для лечения, такие как наночастицы размером с молекулы, чтобы диагностировать и лечить сложные заболевания, особенно рак.

До сих пор проблема продвижения наномедицины была затруднена, потому что ученые хотели разработать, построить и тщательно контролировать нанороботы, чтобы активно искать и уничтожать раковые опухоли, не нанося вреда никаким здоровым клеткам в организме.

Международная команда исследователей преодолела эту проблему, используя, казалось бы, простую стратегию  – очень избирательно искать и изолировать опухоли.

Эта работа была начата около 5 лет назад. Исследователи NCNST сначала захотели отключить кровоснабжение опухоли, вызвав коагуляцию крови с использованием ДНК-наноносителей. Опыт профессора Хао Яна помог модернизировать подход, чтобы сделать полностью программируемую роботизированную систему, которая способна выполнять свою миссию полностью самостоятельно.

«Наши нанороботы могут быть запрограммированы на транспортировку молекулярных полезных нагрузок и вызывают локальные закупорки кровеносных сосудов в конкретном месте, что может привести к гибели ткани и уменьшить опухоль», – сказал Баокуан Дин, профессор NCNST, расположенный в Пекине.

Чтобы выполнить свое исследование, ученые воспользовались известной моделью опухоли мышей, когда человеческие раковые клетки вводят в мышь, чтобы вызвать агрессивный рост опухоли.

Как только опухоль выросла, нанороботы были развернуты в организме, чтобы прийти на помощь.

Каждый наноробот выполнен из плоского, прямоугольного листа ДНК-оригами, размером 90 на 60 нанометров. К поверхности прикрепляется ключевой кровянистый фермент, называемый тромбином.

Тромбин может блокировать кровоток в опухоли путем свертывания крови в сосудах, которые питают рост опухоли, вызывая у опухоли своего рода  мини-сердечный приступ и приводя к гибели опухолевой ткани.

В среднем четыре молекулы тромбина были прикреплены к плоским каркасам ДНК. Затем плоский лист сворачивали, как лист бумаги, чтобы сделать полую трубку, похожую на цилиндр.

После чего, такие трубки-роботы вводили в мышь, а затем они путешествовали по всему кровотоку, перемещаясь к опухолям.

Ключ к программированию наноробота, который атакует только раковую клетку, включает специальную полезную нагрузку на поверхности, называемую аптамером ДНК. Аптамер ДНК может специфически нацеливаться на белок, называемый нуклеолин (ядрышковый белок), который производится в больших количествах только на поверхности эндотелиальных клеток опухоли и не находится на поверхности здоровых клеток.

Аптамер ДНК, выделен зеленым цветом.
Изображение: Jason Drees, Arizona State University

Закрепляясь на поверхности кровеносного сосуда, наноробот действует, как пресловутый троянский конь, чтобы доставить свой груз к опухоли, обнажая фермент под названием тромбин, который является ключом к свертыванию крови.

Далее нанороботы работают оперативно, собравшись в большом количестве, чтобы быстро окружить опухоль через несколько часов после инъекции.

Безопасный и надежный 

В первую очередь, команда показала, что нанороботы были безопасными и эффективными в деле сокращении опухолей.

«Наноробот оказался безопасным и иммунологически инертным для использования у нормальных мышей, а также у бамских миниатюрных свиней, не обнаруживших заметных изменений в нормальной коагуляции крови или морфологии клеток», – сказал Юлиан Чжао, также профессор NCNST и ведущий научный сотрудник международной команды.

Самое главное, не было доказательств распространения нанороботов в мозг, где это могло вызвать нежелательные побочные эффекты, такие как инсульт.

«Нанороботы решительно безопасны в нормальных тканях мышей и крупных животных», – сказал Гуанджун Ни, еще один профессор NCNST и ключевой член совместной команды ученых.

Лечение блокировало кровоснабжение опухоли и вызывало повреждение опухолевой ткани в течение 24 часов, не влияя на здоровые ткани. После нападения на опухоль большинство нанороботов были очищены и выведены из организма через 24 часа.

Через два дня наблюдались признаки прогрессирующего тромбоза, а через 3 дня наблюдались тромбы во всех опухолевых сосудах.

Ключ состоит в том, чтобы вызвать тромбин только тогда, когда он находится внутри кровеносных сосудов опухоли. Кроме того, в модели мышиной меланомы 3 из 8 мышей, получавших терапию нанороботами, показали полную регрессию опухолей. Среднее время выживания более чем удвоилось, от 20,5 до 45 дней.

Ученые также пробовали свою систему в тесте на первичную модель рака легкого у мышей, которая имитирует клинический курс пациентов с раком легких. Они показали усадку опухолевых тканей после двухнедельного лечения.

Нанороботы могут многое

«Наноробот ДНК для доставки тромбина представляет собой значительный прогресс в применении ДНК-нанотехнологий для лечения рака», – говорит Хао Янь. «В модели мышиной меланомы наноробот не только затрагивал первичную опухоль, но и предотвращал образование метастазов, демонстрируя перспективный терапевтический потенциал».

Хао Янь и его сотрудники в настоящее время активно проводят клинические испытания для дальнейшего развития этой технологии.

«Я думаю, что мы стали гораздо ближе к реальным практическим медицинским применениям нанотехнологии», – говорит Хао Янь.

«Комбинации различных рационально разработанных нанороботов, несущих разные агенты, могут помочь достичь конечной цели в лечении рака: искоренение твердых опухолей и васкуляризированных метастазов.

Кроме того, нынешняя стратегия может быть разработана как платформа доставки лекарств для лечения других заболеваний».

Больше информации: A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo, Nature Biotechnology (2018). nature.com/articles/doi:10.1038/nbt.4071 

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://ab-news.ru/2018/02/12/nanoroboty-boryushhiesya-s-rakom-zaprogrammirovany-na-poisk-i-unichtozhenie-opuxolej/

Помощь Онколога
Добавить комментарий