Имплантируемые микрчастицы могут доставлять две противораковые терапии одновременно

Исследователи MIT создали крошечные частицы, которые можно имплантировать в место опухоли для одновременной доставки двух видов терапии: тепловой (фототермической) и химиотерапии.

Этот подход может избежать побочных эффектов, возникающих при внутривенном введении химиопрепаратов, а синергетический эффект двух терапий может продлить жизнь пациента дольше, чем по отдельности. В исследовании на мышах эта терапия полностью устранила опухоли у большинства животных и значительно увеличила их выживаемость.

Двойная терапия

В качестве фототерапевтического агента используется неорганический материал — молибденовый сульфид (MoS₂), который очень эффективно преобразует лазерный свет в тепло. Это позволяет использовать лазеры низкой мощности.

Для создания микрчастиц, доставляющих оба вида лечения, исследователи объединили нанолисты дисульфида молибдена с химиотерапевтическим препаратом (доксорубицином или виоласцином) и полимером поликапролактоном. Смесь высушивали в плёнку, из которой прессовали кубические частицы шириной 200 микрометров.

После инъекции в опухоль частицы остаются на месте. Во время каждого цикла лечения внешний ближний инфракрасный лазер нагревает частицы. Лазер может проникать на глубину от нескольких миллиметров до сантиметров.

"Преимущество этой платформы в том, что она может действовать по требованию, импульсно", — говорит Мария Канелли, ведущий автор исследования.

Оптимизация с помощью машинного обучения

Для оптимизации протокола лечения использовались алгоритмы машинного обучения, чтобы определить оптимальную мощность лазера, время облучения и концентрацию фототерапевтического агента.

Был разработан лазерный цикл лечения продолжительностью около трех минут. За это время частицы нагреваются до примерно 50 °C, что достаточно для уничтожения опухолевых клеток. При этой температуре полимерная матрица частиц начинает плавиться, высвобождая часть химиотерапевтического препарата.

"Эта оптимизированная с помощью машинного обучения лазерная система позволяет нам применять низкодозовую локализованную химиотерапию, используя глубокое проникновение ближнего инфракрасного света для импульсной фототермической терапии по требованию. Этот синергетический эффект приводит к низкой системной токсичности", — говорит Нилант Бардхан, соавтор статьи.

Устранение опухолей

Исследователи протестировали лечение на мышах с агрессивными тройными негативными опухолями молочной железы. В каждую опухоль имплантировали около 25 микрчастиц, после чего провели три сеанса лазерного лечения с интервалом в три дня.

У мышей, получивших это лечение, опухоли были полностью уничтожены, а выживаемость была значительно выше, чем у тех, кто получал только химио- или фототерапию, или не получал лечения. Мыши, прошедшие все три цикла лечения, также чувствовали себя намного лучше, чем те, кто получил только один сеанс лазерной терапии.

Полимер, используемый для создания частиц, биосовместим и уже одобрен FDA для медицинских устройств. Исследователи надеются протестировать частицы на более крупных животных, с целью последующей оценки в клинических испытаниях. Ожидается, что это лечение может быть полезно для любого типа солидных опухолей, включая метастатические.

Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.