Исследователи из Северо-Западного университета совершили прорыв в лечении рака, переработав широко используемый химиотерапевтический препарат в форму наночастиц. Это новшество не только значительно повышает растворимость и эффективность лекарства, но и снижает его токсичность для организма.
Ученые создали новую форму препарата с использованием сферических нуклеиновых кислот (SNAs) – типа наноструктур, которые инкапсулируют лекарство непосредственно в нити ДНК, покрывающие крошечные сферы. Эта переработка превратила ранее слабодействующий и плохо растворимый химиотерапевтический препарат в высокоэффективное средство против рака, которое прицельно воздействует на злокачественные клетки, не повреждая здоровые ткани.
Новое терапевтическое средство было протестировано на животных с острым миелоидным лейкозом (ОМЛ) – быстрорастущим и трудноизлечимым раком крови. По сравнению со стандартной химиотерапевтической версией, препарат на основе SNAs проникал в лейкозные клетки в 12,5 раза эффективнее, уничтожал их до 20 000 раз более действенно и замедлял прогрессирование рака в 59 раз – и все это без заметных побочных эффектов. Открытие было опубликовано 29 октября в научном журнале ACS Nano.
Этот успех подчеркивает растущий потенциал структурной наномедицины – области, которая точно контролирует состав и архитектуру нанолекарств для улучшения их взаимодействия с человеческим телом. Семь методов лечения на основе SNAs уже проходят клинические испытания, и эксперты полагают, что такой подход может открыть путь к созданию новых вакцин и терапий для лечения раковых заболеваний, инфекций, нейродегенеративных расстройств и аутоиммунных заболеваний.
«На животных моделях мы продемонстрировали, что можем полностью остановить рост опухолей», – заявил Чад А. Миркин из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование. По его словам, если этот подход будет успешно применен и к людям, это станет по-настоящему захватывающим достижением. «Это будет означать более эффективную химиотерапию, лучшие показатели ответа и меньше побочных эффектов. Это всегда является целью при любом лечении рака», – добавил ученый.
Миркин – ведущий специалист в области химии и наномедицины, профессор химии, химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии, а также медицины в Северо-Западном университете. Он также руководит Международным институтом нанотехнологий и является членом Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лури.
Для своего исследования команда Миркина вновь обратилась к 5-фторурацилу (5-Fu) – давно используемому химиотерапевтическому препарату, известному своей ограниченной эффективностью и тяжелыми побочными эффектами. Поскольку 5-Fu воздействует как на раковые, так и на здоровые клетки, он может вызывать тошноту, усталость, а в редких случаях и осложнения на сердце.
Миркин объяснил, что проблема заключается не в самом лекарстве, а в его плохой растворимости. Менее 1% препарата растворяется во многих биологических жидкостях, что означает, что большая его часть никогда не достигает своих целей. Когда лекарство плохо растворяется, оно слипается или остается в твердом состоянии, что препятствует эффективному усвоению организмом. «Все мы знаем, что химиотерапия часто ужасно токсична, – сказал Миркин. – Но многие люди не осознают, что она также часто плохо растворима, поэтому мы должны найти способы превратить ее в водорастворимые формы и эффективно доставлять».
Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи обратились к SNAs – глобулярным наночастицам, окруженным плотными оболочками из ДНК или РНК. Клетки легко распознают эти структуры и поглощают их. В данном случае команда Миркина химически включила молекулы химиотерапии в сами нити ДНК, создав препарат, который раковые клетки поглощают естественным образом.
«Большинство клеток имеют на своей поверхности рецепторы-мусорщики, – пояснил Миркин. – Но миелоидные клетки гиперэкспрессируют эти рецепторы, поэтому их еще больше. Если они распознают молекулу, то потянут ее внутрь клетки. Вместо того чтобы пробиваться в клетки, SNAs естественным образом поглощаются этими рецепторами». Оказавшись внутри, ферменты разрушают оболочку SNA, высвобождая химиотерапевтический груз непосредственно в раковую клетку. Такая структурная переработка полностью изменила взаимодействие 5-Fu с лейкозными клетками, резко увеличив его эффективность.
На мышиных моделях новая терапия почти полностью уничтожила лейкозные клетки в крови и селезенке, значительно увеличив выживаемость. Поскольку SNAs избирательно нацеливались на клетки ОМЛ, здоровые ткани оставались невредимыми. «Современные химиотерапевтические средства убивают все, что встречают, – отметил Миркин. – Таким образом, они убивают раковые клетки, но также и множество здоровых клеток. Наша структурная наномедицина избирательно ищет миелоидные клетки. Вместо того чтобы перегружать весь организм химиотерапией, она доставляет более высокую, сфокусированную дозу именно туда, где она необходима».
Исследовательская группа планирует протестировать этот подход на более крупной группе мелких животных, прежде чем переходить к более крупным животным и, в конечном итоге, к клиническим испытаниям на людях, как только будет доступно дополнительное финансирование. Исследование, названное «Химиотерапевтические сферические нуклеиновые кислоты», было поддержано Национальным институтом рака и Национальным институтом диабета и заболеваний пищеварительной системы и почек, а также Комплексным онкологическим центром Роберта Х. Лури Северо-Западного университета.
