Одетые, чтобы убивать: создание «костюма» для противораковых препаратов, проникающих в опухоль

Более десятилетия биомедицинские исследователи ищут лучшие способы доставки противораковых препаратов непосредственно к опухолям в организме. Крошечные капсулы, называемые наночастицами, теперь используются для транспортировки химиотерапевтических средств через кровоток к «порогу» опухолей. Однако поиск лучшего способа преодоления «барьера» опухоли и проникновения внутрь остается вызовом. Исследователи из Университета Дрекселя полагают, что ключом к доступу является изменение «внешнего вида» наночастиц — и что «элегантный костюм» поможет им обойти биологические «вышибалы» опухоли.

Таргетная терапия наиболее эффективна, когда препарат высвобождается как можно ближе к внутренней части опухоли, чтобы увеличить шансы проникновения и уничтожения раковых клеток. Долгосрочной проблемой является создание средства доставки, достаточно прочного, чтобы безопасно доставить препарат через кровоток (что само по себе непросто), но и достаточно гибкого, чтобы протиснуться через плотное внеклеточное пространство опухоли — матрикс, заполненный сахарами, называемыми гиалуроновой кислотой.

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nano Letters, группа под руководством Хао Ченга, PhD, сообщает, что способ преодоления барьеров опухоли напрямую связан с тем, как «одета» наночастица для путешествия.

Стратегия преодоления барьеров

«Мы сообщаем о стратегии преодоления биологических барьеров, которые затрудняют доставку лекарств, таких как удаление наноносителей из кровотока иммунной системой и неэффективная диффузия во внеклеточном матриксе опухолевых клеток», — сказал Ченг. «Это уникальная стратегия, которая включает декорирование наноносителей ферментами, способными расщеплять гиалуроновую кислоту — основной барьер во внеклеточном пространстве, — и добавление дополнительного слоя полиэтиленгликоля для частичного покрытия ферментов».

В статье «Гиалуронидаза, встроенная в оболочку из полиэтиленгликоля наноносителя для усиленного проникновения в опухоль и высокой противоопухолевой эффективности» группа сообщает, что их метод в четыре раза эффективнее доставляет наночастицы в солидную опухоль по сравнению с одной из лучших современных стратегий. При загрузке противоракового препарата такие частицы показали способность ингибировать рост агрессивного типа рака молочной железы.

Новизна дизайна

Команда создала свою наночастицу, взяв за основу распространенный в этой области дизайн и внеся ключевые изменения.

«Новизна нашего дизайна в том, что мы частично встроили ферменты гиалуронидазы во второй слой полиэтиленгликоля, формирующий внешнюю оболочку наночастицы», — пояснил Ченг. «Этот дизайн значительно снижает влияние ферментов на замедление циркуляции частицы и позволяет ферментам сохранять свою функцию после диффузии частицы в опухоль».

Встраивание ферментов в слои полиэтиленгликоля (PEG) гарантирует, что наночастица «обманывает» иммунную систему, оставаясь незамеченной во время путешествия к опухоли, но при этом сохраняет способность расщеплять гиалуроновую кислоту при проникновении в опухоль. Это более эффективно, чем подходы с предварительной обработкой опухоли ферментами, так как частицы сохраняют ферменты на протяжении всей диффузии, минимизируя ненужную деградацию гиалуроновой кислоты.

Результаты и потенциал

«Деградация гиалуроновой кислоты удаляет барьер для диффузии наночастиц и позволяет им достигать большего количества раковых клеток», — сказал Ченг. «Усиленная диффузия также увеличивает накопление наночастиц в опухолях, и чем больше частиц попадает в опухоль, тем эффективнее они уменьшают ее размер».

В ходе исследования команда протестировала свою наночастицу против аналогов без второго слоя PEG и без ферментов, расщепляющих внеклеточный матрикс. Их частица показала лучшие результаты как в проникновении в опухоли, так и в накоплении в раковых клетках.

«Эта захватывающая, новая система доставки лекарств на основе наночастиц улучшит доставку противораковых агентов, усилит противораковую активность и улучшит результаты лечения пациентов», — сказал соавтор Уилбур Боун, MD. Он видит огромный потенциал этой стратегии для неоадъювантного и адъювантного лечения ряда трудноизлечимых видов рака, таких как местно-распространенный рак молочной железы, поджелудочной железы и желудочно-кишечного тракта, продуцирующий муцин.