Наночастинки, навантажені наркотиками, нова зброя проти метастазування раку легенів

нову

Вчені з Інституту біологічної інженерії ім. Вісса Гарвардського університету та Школи техніки та прикладних наук Джона А. Полсона (SEAS) знайшли спосіб доставити наночастинки хіміотерапії в легені з 10-кратним успіхом, при цьому різко покращилася виживаність у мишей рак легенів метастатичний, як опубліковано в журналі ‘en Science Advances’.

Хіміотерапія є основою лікування раку протягом десятиліть. Але він відомий своєю токсичністю для здорових клітин, серйозними побічними ефектами та поганим націлюванням прогнозованих пухлин.

Зусилля щодо підвищення ефективності та переносимості хіміотерапії при раку легенів були спрямовані на "упаковку" ліків у наночастинки. Вони можуть захистити їх від розпаду в організмі, контролювати схему їх вивільнення та захистити пацієнта від деяких побічних ефектів препарату.

Однак наночастинки до цих пір не демонстрували значного накопичення в цільових місцях. Навіть якщо вони створені з поверхневими білками, призначеними для зв’язування з певними тканинами, значною мірою тому, що печінка та селезінка швидко виводять їх із крові.

Техніка ELeCt

Нова техніка під назвою ELeCt (хіміотерапія еритроцитами із залученням), розроблена Інститутом Вайсса та SEAS. Вони обидва прагнуть вирішити ці проблеми за допомогою давнього трюкового коня. У цьому процесі вони контрабандно переносять завантажені наркотиками наночастинки в ракову легеневу тканину, встановлюючи їх на еритроцити тіла (еритроцити).

Коли еритроцити щільно стискаються крізь крихітні капіляри легенів, наночастинки вирізаються і поглинаються легеневими клітинами з десятикратно більшим успіхом, ніж плаваючі наночастинки. Крім того, вони різко покращують виживання мишей з метастазами раку легенів.

"Між 30 і 55% пацієнтів із запущеним раком мають метастази в легенях через їх велику кількість капілярів, і в даний час лікування самих метастазів в легенях не існує", - пояснює співавтор Zongmin Zhao, докторський науковий співробітник Саміра Мітраготрі в Інституті Вісса та SEAS.

"ELeCt використовує ті самі кровоносні судини для ефективної доставки ліків, які борються з метастазами в легенях, і має великий потенціал стати клінічним лікуванням", - додає він.

Щоб створити систему ELeCt, Чжао та його співробітники завантажили доксорубіцин, звичайний хіміотерапевтичний препарат для раку легенів. Препарат завантажували в крихітні наночастинки, складені з біологічно розкладаного полімеру, який називається PLGA.

Дозу препарату адаптують до необхідних доз

Потім вони інкубували наночастинки з еритроцитами людини та миші. Завдяки цьому вони виявили, що вони зв’язуються з клітинними поверхнями з високою ефективністю і не пошкоджуючи їх. Це дозволило регулювати дозу препарату, що транспортується еритроцитами, з метою адаптації до різних необхідних доз.

Потім команда піддала наночастинки, зв’язані з еритроцитами, напругою зсуву in vitro, що відповідає легені. Цим вони намагалися змоделювати умови, з якими еритроцити стикаються при віджиманні через легеневі капіляри, і спостерігали, що понад 75% наночастинок було виведено як з клітин людини, так і з миші.

Потім вони вводили мишачі еритроцити, завантажені конструкцією ELeCt, у вени живих мишей з меланомою, які мали рак легенів. Потім вони виявили в 16 разів більший вміст наркотиків у легенях через 20 хвилин порівняно з мишами, які отримували вільні наночастинки.

Значна частина нанесених наночастинок проникала глибоко в метастатичні пухлини. Це свідчить про те, що цей спосіб доставки ліків є більш точним та ефективним, ніж існуючі методи.

"Аванс, який може зменшити небезпеку"

"Найсерйознішим побічним ефектом доксорубіцину у людей є кардіотоксичність, і згідно з нашими експериментами ELeCt може забезпечити, щоб більша частина препарату потрапляла в легені, а не в серце", - каже співавтор Анвей Укідве, аспірант. в лабораторії Мітраготрі SEAS–. Цей прогрес може значно зменшити небезпеку для онкологічних хворих, які отримують цей препарат, та підвищити його ефективність проти раку легенів.

Щоб підтвердити цю підозру, група моніторила ступінь метастазування в легенях мишей з ранніми стадіями захворювання, які отримували ELeCt. З цим стикалися ті, хто отримував безкоштовні наночастинки.

Завдяки цьому вони побачили, що метастазування майже повністю гальмувалось у всіх мишей, які отримували ELeCt протягом 23 днів. Результатом було 300-кратне поліпшення стану мишей, яким вводили вільні наночастинки.

ELeCt також покращив виживання оброблених мишей на 32 дні. У той час як миші, оброблені вільними наночастинками, виживали лише ще 3 дні.

Коли вони повторили експеримент з мишами, які страждали на пізній стадії захворювання, їх виживання було продовжено на 9 днів за допомогою ELeCt. У цьому випадку вільні наночастинки не приносили жодної користі для виживання.

Крім того, всі миші, які лікувались ELeCt з раком легенів, підтримували здорову масу тіла. Однак миші, які отримували ін’єкцію без наркотиків, зазнали значної втрати ваги. Це свідчить про те, що побічні ефекти доксорубіцину також пом'якшували ELeCt.

Препарати, здатні завантажувати наночастинки

Дослідники також показали, що інші хіміотерапевтичні препарати від раку легенів можуть навантажуватися на наночастинки і зв'язуватися з еритроцитами. Цей список включає паклітаксел, доцетаксел, метотрексат та комбінацію 5-фторурацилу та метотрексату.

"Наша система ELeCt одночасно забезпечує вирішення низки проблем, що впливають на сучасні методи хіміотерапії, включаючи токсичні побічні ефекти, високі необхідні дози, низький рівень проникнення в тканини-мішені, швидке очищення від організму та вивільнення препарату з наночастинок", пояснює Мітраготрі, який є членом факультету Інституту Вісса, а також професором Біоінженерії Хіллером та професором біологічної інженерії ХАНСЬОРГОМ Віссом в SEAS.

Подальші дослідження намагатимуться розшифрувати механізми зв'язування наночастинок з еритроцитами, щоб можна було регулювати кількість зрушень, необхідних для їх усунення (і, отже, дозу введеного препарату).

Досягнення медицини

Команда також планує визначити ідеальний графік дозування для максимального гальмування метастазів. Також знання здатності ELeCt лікувати рак легенів, отриманого від пацієнтів людини, є важливим кроком у перекладі платформи ELeCt у клінічний інструмент для лікування раку.

`` Ця технологія потенційно може бути проривом з точки зору підвищення ефективності та зменшення токсичності існуючих хіміотерапій раку. Це також чудовий приклад медичного прогресу, якого можна досягти, скориставшись перевагами біологічних систем доставки, в даному випадку клітинних, що природа вже оптимізувала себе за тисячі років еволюції », - підкреслює директор засновника Інституту Вісса Дональд Інгбер.