Российские ученые разработали уникальную капсулу для доставки лекарства против рака

Молодые ученые и студенты лаборатории нано-биоинженерии Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ при участии сотрудников Сеченовского университета разработали технологию изготовления полимерных капсул. Они способны точно и точечно воздействовать на раковые клетки разного типа.

Глобальная проблема

Рак — довольно общее название для большого спектра заболеваний. Они характеризуются развитием аномальных клеток, которые бесконтрольно делятся и проникают в нормальные ткани организма, разрушая их. Рак часто распространяется по всему телу в виде метастаз. Также он — вторая по значимости причина смерти в мире.

Некоторые из симптомов рака довольно общие и относятся к другим заболеваниям. Например, усталость, расстройство желудка, ночная потливость и боли в мышцах могут вызывать и другие патологические состояния. В этом одна из причин смертности от онкологических заболеваний — когда люди обращаются к врачу, рак уже на поздней стадии, для лечения остается слишком мало времени. Требуются новые, прогрессивные методы лечения, иначе болезнь продолжит забирать все больше людей.

Мужественная борьба — до самого конца

Один из самых известных пациентов с онкологическим заболеванием — Дэвид Боуи — скончался от рака в 2016 году. Мировая звезда рока 18 месяцев боролся с болезнью, и этот бой музыканта с диагнозом был действительно трагическим. Боуи ушел из жизни всего через два для после выхода своего 26-го студийного альбома «Blackstar». Смерть певца стала еще более шокирующей, поскольку он скрыл опасный диагноз — рак печени — от общественности, рассказав о болезни только семье и близким друзьям.

Как выяснилось позже, первые серьезные симптомы у иконы британской сцены проявились еще в 2014 году, когда Боуи явился в студию звукозаписи своего последнего альбома без волос и бровей. Он лишился их в результате действия агрессивной химиотерапии. Боуи попросил всех, с кем он работал, хранить эту тайну.

К середине 2015 года у певца наступила ремиссия. Но, к сожалению, в ноябре того же года рак вернулся, и на этот раз он был неизлечимым, метастазы пошли по всему телу.

До своей смерти Боуи работал с режиссером Иво Ван Хоувом над новым сценическим шоу Lazarus («Лазарь»). Он планировал триумфальное возвращение на сцену, пока не понял, что не сможет выступить в Нью-Йорке в 2015 году. Говоря о мужественной борьбе Боуи с раком вскоре после его смерти, Хоув сказал: «Мы начали работать над шоу Lazarus, и в какой-то момент он отвел меня в сторону и сказал, что у него рак, рак печени. Актеры ничего не знали все это время, и, подозреваю, что не все музыканты, с которыми он записывал “Blackstar”, были в курсе».

Однако, отмечает режиссер, певец приложил все усилия, чтобы завершить эти два проекта — альбом и шоу — вовремя, чтобы не дать болезни победить. «Можно сказать, Боуи все еще писал на смертном одре. Он сражался, как лев, и продолжал работать, как лев, несмотря ни на что. Я испытывал к его борьбе невероятное уважение».

 

Близкие друзья Боуи, в том числе актер Гэри Олдман, также отметили отношение звезды к борьбе с болезнью. Позже они рассказали, что Боуи шутил по поводу изменившийся внешности, поскольку из-за болезни и изнурительного лечения он сильно похудел. «Он встретил болезнь с огромным мужеством, достоинством и юмором — даже в ужасных обстоятельствах», — вспоминает Олдман. Несмотря на смелость и мужество, рак печени победил, и мир лишился музыки великого артиста.

Радиация в борьбе с раком

Как известно, Боуи лечили с помощью химиотерапии. Однако есть и другие способы, например, подвергнуть патологические клетки воздействию радиации, а именно — альфа-, бета- или гамма-излучению. Один из методов, где используется радиация — лучевая терапия. С помощью специального аппарата человека облучают, это нарушает способность раковых клеток делиться и расти, уменьшая размер опухоли. Такой подход в разы облегчает проведение дальнейшей операции, ведь хирурги затронут меньше тканей.
Гамма-излучение проходит через большинство структур, бета-излучение уже слабее, а вот альфа-волнам «поддается» лишь небольшое количество материалов. В контексте лучевой терапии это означает, что если «доставить» альфа-излучение непосредственно к раковым клеткам, оно убьет их, не повреждая близлежащие здоровые ткани. Звучит достаточно просто, да? Но у этого метода есть серьезная проблема.

Она заключается в том, чтобы доставить альфа-излучающее вещество достаточно близко к раковым клеткам (или внутрь них), не попадая при этом в другие части тела.

Решением этой проблемы заняты эксперты из ​​области исследований таргетной альфа-терапии. Есть только несколько альфа-излучающих радиоактивных изотопов, которые имеют подходящие периоды полураспада и свойства распада для использования в организме человека в медицинских целях. Период полураспада — это время, за которое 50% радиоактивных частиц распадаются, испуская некоторую комбинацию альфа-, бета- и гамма-излучения. Для лечения работает, как правило, более короткий период полувыведения.

Один из самых подходящих вариантов — актиний-225, его период полураспада составляет 10 дней. Этого времени достаточно, чтобы препарат с веществом успеть пройти циркуляцию в организме, накопиться в нужной области и «выпустить» высокоэнергетические альфа-частицы в клетки, непосредственно окружающие его. Вместе с тем, это достаточно короткое время, чтобы радиоактивный нуклид распался на стабильные продукты без неблагоприятных дозовых последствий. Именно поэтому исследователи работают над тем, чтобы использовать его для лечения рака.

Прорыв российских ученых

В этом вопросе продвинулись ученые из Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ при участии коллег из Сеченовского университета. Они решили главную проблему использования актиния-225 — создали безопасный и эффективный способ доставки нуклеотида к раковым клеткам.
Исследование российских ученых уникально тем, что в капсулу можно добавить не только актиний-225, но и практически любое подходящее лечебное вещество. В конце концов, что бы ученые ни «положили» в капсулу, раковые клетки это «проглотят». Все потому, что они фагоциты, простыми словами – «пожиратели», едят все, что попадется. Именно поэтому ученые были первыми, кто задумался о том, как конкретные физико-химические свойства влияют на свойства «микро-курьеров».

Уникальный состав

Главные факторы, которые влияют на работу капсулы — это заряд, размер и гомогенность, то есть однородность. При этом, выбор поверхностного заряда — принципиально важный вопрос. Если он, например, будет экстремально положительным или отрицательным, то капсула будет действовать «как попало». Она может связаться не с теми клетками, поэтому заряд надо выбирать точно, четко соблюдая определенную комбинацию полимеров — веществ, которые состоят из мономерных звеньев, соединенных химическими связями в длинные макромолекулы.

Также российские ученые вычислили идеальный размер капсулы — он составляет около одного микрона. Для этого биологи провели несколько экспериментов. Они показали, что если она будет меньше, то, покинув оболочку, лекарство будет проникать не только в пораженные клетки, но и в здоровые.

Кроме того, ученые добились оптимальной гомогенности оболочки, идеально подобрав солевой состав среды, в которой готовится капсула. Обычно ионы солей — это атомы с электрическим зарядом, они сжимают строительные материалы-полимеры, связываясь с ними. Поэтому биологам пришлось много работать над идеальным составом и учесть множество факторов, например, разложение и проницаемость оболочки капсул, которые отвечают за скорость и условия выхода лекарства в раковые клетки. Эта биодеградируемость в конкретном диапазоне значений pH зависит от использования определенных полимеров-полиэлектролитов при конструировании капсул. Известно, что микроокружение опухоли всегда кислое, в отличие от здоровых клеток. Исследователи учли это, поэтому создали оболочку капсулы из материалов, которые разлагаются только при кислом pH.

Что дальше?

На этой революционной разработке ученые останавливаться не планируют. Сейчас сотрудники Лаборатории нано-биоинженерии ИФИБ исследуют их дополнительное влияние на клеточных культурах и животных, оба — in vitro, то есть в пробирке. Простыми словами, в искусственных условиях, вне организма или естественной среды. Клинические испытания на человеке пока не проводятся, но все еще впереди.