Борьба с раком светом и препаратом, который сам собирается в наночастицы

Химик Силвестр Бонне и его команда работают над химиотерапией, которая не вредит организму, но эффективно борется с раковыми клетками. В ходе докторского исследования химик Сюэцюань Чжоу приблизился к этой цели. Он разработал молекулы, которые при инъекции в кровоток самостоятельно собираются в наночастицы, накапливающиеся в опухоли. Последующее направленное облучение видимым светом атакует опухоль. Исследование опубликовано в Nature Chemistry.

«Обычные противораковые препараты часто недостаточно различают хорошие и плохие клетки, — объясняет Бонне. — Они убивают и те, и другие». Исследователи предложили решение: наночастицы, которые нацеливаются на опухоль и активируются только под действием видимого света. «Эта противораковая фотодинамическая терапия позволяет врачам лечить конкретную часть тела, не повреждая остальные. Она уже используется в нескольких больницах».

Молекулы, которые сами образуют наночастицы

До сих пор химикам приходилось сначала присоединять химиотерапевтические препараты к наночастицам в лаборатории. Затем врачи вводили их в кровоток пациента. Конъюгация с наночастицами помогала химиотерапии найти опухоль. Препарат Чжоу работает иначе. «Лабораторная работа больше не нужна, — говорит он. — Можно вводить молекулы напрямую. Попав в кровь, наночастицы затем образуются сами по себе».

И это имеет несколько преимуществ, отмечает Чжоу. «Во-первых, это экономит много работы и времени на подготовку. Но кроме того, это также безопаснее и эффективнее». Создание наночастиц в лаборатории сложно: всегда получается смесь частиц разного размера и, следовательно, с разными свойствами. Трудно точно определить состав этой смеси. Поэтому вы никогда не можете быть на 100% уверены, как эти частицы будут вести себя в организме.

«С молекулой это проще: когда вы создаете молекулы, химический анализ позволяет определить, чистые ли они», — говорит Чжоу. Бонне добавляет: «Если затем ввести эти молекулы в кровь, образующиеся наночастицы будут очень похожи. Это потому, что организм обрабатывает эти молекулы одинаково».

Молекула Сюэцюаня представляет собой так называемый палладиевый комплекс — молекулу с металлическим ядром из палладия. Обычно атом палладия связан с четырьмя атомами азота, но Чжоу заменил два из этих атомов азота на атомы углерода. При облучении зеленым светом палладиевый комплекс получает дополнительную энергию. Эта энергия заставляет комплекс передавать электроны молекулам кислорода (O₂), уже присутствующим в облучаемых клетках. Этот механизм создает активные формы кислорода, которые убивают раковые клетки.

В 2020 году Чжоу также создал противораковый препарат со свойствами самосборки. «Однако эта новая молекула — шаг вперед, — говорит он. — Связывая с металлом не один, а два атома углерода, препарат теперь активируется под зеленым светом вместо синего». Зеленый свет лучше проникает в ткани организма и поэтому гораздо полезнее для терапии на мышах. «Наша конечная цель — препарат, работающий под инфракрасным светом, — говорит Бонне. — Этот свет позволил бы проникать еще глубже. Это позволило бы нам бороться с более крупными опухолями глубоко внутри тела пациентов».

Это новое исследование следовало более совершенному, клинически более релевантному подходу. В первом исследовании Чжоу и его коллеги вводили препарат непосредственно в опухоль. «На этот раз мы пошли дальше и изучили на мышиных моделях, что происходит, когда препарат вводят в кровоток, — говорит он. — В конце концов, именно так это делалось бы в больницах. Мы хотели знать, выживут ли наночастицы препарата в условиях организма. И, к счастью, это произошло».

Молекула Чжоу оказалась очень эффективной. «Десять процентов введенного препарата достигают опухоли, — говорит Бонне. — Из каждых 100 введенных молекул десять прибывают к цели. Для многих нанопрепаратов этот процент намного ниже. Исследование несколько лет назад показало, что в среднем это всего 0,7%».

Как именно это возможно? Молекулы, которые сами образуют наночастицы? «Мы и сами не знаем точно, — признается Бонне. — Мы знаем, что палладий критически важен, и Сюэцюань обнаружил, что белки в крови, вероятно, также играют роль. Если этих белков нет, наночастицы продолжают расти и становятся настолько большими, что в конечном итоге больше не остаются в растворе. Таким образом, кажется, что белки ограничивают рост наночастиц, но мы пока не можем точно сказать, как. Мы знаем, что это эффективно. Это самое главное. Но почему это работает так хорошо? Это покажут дальнейшие исследования».