Графеновые наночешуйки: новый инструмент для прецизионной медицины

Химики при поддержке SNSF создали новое соединение для направленной доставки лекарств, которое специфично нацелено на клетки рака простаты. Включая четыре разные молекулы, соединение предотвращает размножение опухолевых клеток, может быть обнаружено методами медицинской визуализации и долго сохраняется в кровотоке.

Цель прецизионной медицины — повысить эффективность терапевтических веществ, доставляя их только к нужной мишени. Для этого требуется индивидуальная система доставки. Команда, финансируемая Швейцарским национальным научным фондом, разработала новый подход на основе графеновых наночешуек — чрезвычайно маленьких фрагментов графена. К отдельным наночешуйкам добавили молекулы разных типов, чтобы превратить их в индивидуальную систему доставки лекарств. Результаты опубликованы в Chemical Science.

Как кубики Lego

Команде Джейсона Холланда из Цюрихского университета удалось присоединить четыре вида молекул к отдельным графеновым наночешуйкам, чтобы наделить их конкретными функциями: транспортировка противоракового препарата, его доставка только к определённым раковым клеткам, возможность визуализации медицинской визуализацией и продление времени нахождения в кровотоке. На втором этапе команда проверила каждую функцию.

«Наша работа демонстрирует, как использовать графеновые наночешуйки в качестве универсального механизма доставки, — объясняет аспирантка Дженнифер Лэмб, первый автор публикации. — Их можно использовать как каркас, к которому можно добавлять индивидуальные компоненты, почти как кубики Lego. Это возможно благодаря их химической структуре: край чешуйки состоит из карбоксильных групп — CO₂H, — к которым можно присоединять дополнительные молекулы».

Новые соединения против рака

Сначала коллабораторы из Университетского колледжа Лондона получили графеновые наночешуйки из углеродных нанотрубок. Затем цюрихская команда присоединила к отдельным чешуйкам четыре молекулы:

1. Испинезиб — препарат, находящийся в разработке, который останавливает митоз (деление клеток) и тем самым предотвращает рост опухолей.
2. Пептид, связывающийся с простат-специфическим мембранным антигеном (PSMA), который сверхэкспрессируется в клетках рака простаты.
3. DFO — молекула в форме клетки, которая эффективно захватывает радиоактивный галлий, изотоп, рутинно используемый в ПЭТ-сканировании. Эта стандартная методика медицинской визуализации помогает сначала в диагностике рака простаты, а затем в подтверждении доставки соединения к поражённым тканям.
4. Исследователи также обеспечили взаимодействие соединения с альбумином в крови; это предотвращает его быстрое выведение почками и увеличивает время циркуляции.

На втором этапе команда протестировала новое соединение. Исследования на культурах клеток рака простаты показали, что их деление и рост действительно останавливаются. У живых мышей ПЭТ-визуализация показала, что соединение накапливается в поражённых тканях, но недостаточно долго, отмечает Лэмб: «Из-за своего малого размера конструкции всё ещё выводятся слишком быстро для устойчивого терапевтического эффекта. Но наши эксперименты показали способы повлиять на выведение лекарства, изменяя структуру графена». Команда сейчас экспериментирует с другими комбинациями, включающими антитела вместо малых пептидов: антитела лучше связываются с раковыми клетками, и их больший размер должен способствовать более длительному нахождению в кровотоке.

«Наше исследование фундаментальное, и для разработки нового лекарства потребуется гораздо больше работы, — говорит руководитель проекта Джейсон Холланд. — Но наши результаты действительно открывают многообещающие новые пути для онкологического прецизионного лечения, а также для тераностики. Это сочетание терапевтических агентов и диагностических инструментов может помочь обеспечить соответствие лечения заболеванию и пациенту».