Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН получили магнитные
наночастицы для использования в качестве контраста для диагностики опухоли методом МРТ. Дополнив частицы
противораковыми препаратами, можно адресно доставлять их в определённую часть организма, что сделает
лечение менее токсичным и сконцентрирует лекарство прямо в опухоли. Эффективность подхода подтверждена
in vitro. Статья об этом опубликована в журнале Magnetochemistry.
«Сами магнитные наночастицы мы получили простым и дешёвым методом: осаждением из
раствора. С ним может справиться даже школьник. Для такой работы практически ничего не нужно, кроме
плитки, мешалки и растворов двух солей. Кроме того, здесь не используются токсичные реагенты, что важно
для применения в биомедицине», — рассказала заведующая лабораторией биомедицинской
химии ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Елена Владимировна
Дмитриенко.
Магнитные наночастицы в
пробирке
Сами по себе магнитные частицы склонны к агрегации в жидкостях: они слипаются друг с другом в более
крупные образования разных форм и объёмов. Однако наночастицы для биомедицины должны обладать рядом
критериев: быть определённого размера (до 200 нанометров), обладать монодисперсностью (то есть все частицы в
растворе должны быть одного размера) и биосовместимостью, а также оставаться стабильными в физиологических
условиях.
«Наша работа была направлена на покрытие этих наночастиц веществом, которое предотвращало бы их
агрегацию, сохраняя при этом магнитные свойства», — объясняет Елена Дмитриенко.
Ещё одним немаловажным аспектом стало снижение токсичности наночастиц: так как магнитные наночастицы
представляют собой оксид железа, то могут вступать в окислительно-восстановительные реакции и тем самым
генерировать токсичные активные формы кислорода. Чтобы решить эти задачи, исследователи покрыли магнитные
наночастицы жирными кислотами. «Жирные кислоты оказались хороши не только тем, что
обволакивают частицы и мешают им слипаться, у них также есть кислотная группа с отрицательным зарядом,
которая обеспечивает дополнительное отталкивание частиц друг от друга в жидкости», —
поясняет Елена Дмитриенко.
В качестве контрастного препарата частицы сравнивались по показателям с широко применяемым сейчас
препаратом «Гадовист». Они показали сходную с ним эффективность, а также меньшую токсичность для клеток с
учётом концентрации, необходимой для проведения МРТ.
«Жирные кислоты также были хороши для другой нашей задачи: мы хотели в перспективе загружать частицы
противораковым препаратом доксорубицином, чтобы затем они постепенно высвобождали его в опухоли, то есть
использовались бы как доставка лекарства и депо для него», — рассказала Елена
Дмитриенко. Доксорубицин известен и применяется давно для разных видов опухолей, однако, как и другие виды
химиотерапии, он токсичен, а кроме того, достаточно быстро выводится из организма. Доставка с помощью
магнитных частиц позволит сократить дозу препарата и обеспечить постепенное его высвобождение.
Изучение взаимодействия
магнитных наночастиц с альбумином с помощью электронного микроскопа
Магнитные свойства частиц также позволяют концентрировать их в опухоли с помощью постоянного магнитного
поля, а воздействие переменного магнитного поля способно разогревать ткани, вызывая локальный перегрев с
последующей гибелью раковых клеток. Метод подходит для опухолей, локализованных там, где возможна такая
манипуляция, однако их потенциальный список достаточно широк: например, колоректальный рак, меланома, рак
прямой кишки, рак шейки матки, рак простаты и другие.
При этом наночастицы могут использовать для попадания в опухоль так называемый пассивный транспорт.
«Из-за того, что опухоль очень быстро наращивает вокруг себя кровеносные сосуды, они получаются
дефектные, то есть в них существуют просветы и полости, которых в обычных сосудах нет. Наночастицы же
хорошо проникают в эти дефекты», — поясняет Елена Дмитриенко.
Ещё один аспект, который интересовал исследователей, — взаимодействие магнитных наночастиц с другими
белками и компонентами крови. Здесь могут быть как негативные последствия (если, например, белок приведёт к
агрегации частиц в кровотоке, что вызовет закупорку сосудов), так и позитивные, если белок сможет доставлять
частицы к опухоли или маскировать их.
«Мы изучили взаимодействие с альбумином, транспортным белком-переносчиком жирных кислот, и это, кстати,
ещё одна причина, почему мы выбрали именно их: чтобы покрыть наночастицы, жирные кислоты должны были
приманивать альбумин. У него есть большие гидрофобные „карманы“, в которые он загружает всё, что ему
необходимо, и несёт к месту требования. Опухоль, в свою очередь, активно накапливает альбумин как
питательное вещество, соответственно, если он принесёт в „кармане“ доксорубицин, то она и его
накопит», — объясняет Елена Дмитриенко.
Таким образом, специалисты синтезировали наночастицы и придумали для них покрытие, которое стабилизировало
их от агрегации, защищало от высвобождения свободных ионов железа (приводящих к формированию активного
кислорода), при этом обеспечило эффективное прикрепление к противораковому препарату и белку крови
альбумину для более эффективной транспортировки всей конструкции к опухоли. Проведённая работа — часть
цикла исследований наночастиц, в котором учёные рассматривали синтез наночастиц для доставки терапевтических
агентов (в частности, олигонуклеотидов), синтез магнитных наночастиц с повышенной ёмкостью для того, чтобы
улавливать в пробах нуклеиновые кислоты, стабилизацию поверхности магнитных частиц для доставки
противораковых препаратов на примере доксорубицина и ряд других задач. Доклад о работах с наночастицами был
представлен на конференции «Современные вызовы молекулярной биологии».
Исследование поддержано в рамках государственного задания ИХБФМ СО РАН № 125012300656-5. Материал
подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Текст: Юлия Позднякова. Источник: «Наука
в Сибири».