Микропузырьки с лекарством можно направлять в опухоль с помощью магнитов и ультразвука
Ученые из Наньянского технологического университета (NTU Singapore) разработали новый способ доставки противораковых препаратов глубоко в клетки опухоли.
Исследователи создают микропузырьки газа, покрытые частицами противоракового препарата и наночастицами оксида железа (Fe2O3). С помощью магнитов эти пузырьки направляются и собираются вокруг конкретной опухоли.
Затем применяется ультразвук, чтобы заставить микропузырьки вибрировать. Эта энергия направляет частицы лекарства в целевой участок опухоли.
Новаторскую технику разработала междисциплинарная команда под руководством доцента Сюй Чэньцзе из Школы химической и биомедицинской инженерии и доцента Клауса-Дитера Оля из Школы физических и математических наук.
Микропузырьки NTU успешно протестированы на мышах. Исследование опубликовано издательской группой Nature в журнале Asia Materials — ведущем журнале по материаловедению в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Преодоление ограничений химиотерапии
По словам доцента Сюй, новая методика может решить некоторые из самых острых проблем химиотерапии.
Основная проблема — современные химиотерапевтические препараты в основном не являются целевыми. Частицы лекарства циркулируют в кровотоке, повреждая как здоровые, так и раковые клетки. Обычно препараты быстро выводятся такими органами, как легкие и печень, что ограничивает их эффективность.
Кроме того, оставшиеся препараты не могут проникнуть глубоко в ядро опухоли, оставляя некоторые раковые клетки живыми, что может привести к возобновлению роста опухоли.
«Первая уникальная характеристика наших микропузырьков в том, что они магнитные. После инъекции в кровоток мы можем собрать их вокруг опухоли с помощью магнитов и гарантировать, что они не убьют здоровые клетки», — объясняет доцент Сюй.
«Что еще важнее, наше изобретение — первое в своем роде, позволяющее направить частицы лекарства глубоко в опухоль за несколько миллисекунд. Они могут проникать на глубину 50 клеточных слоев или более — это около 200 микрометров, вдвое больше ширины человеческого волоса. Это помогает обеспечить попадание препаратов как в раковые клетки на поверхности, так и внутрь ядра опухоли».
Клинический доцент Чиа Син Джу, старший консультант Центра эндоскопии и клиники урологии и континенции больницы Тан Ток Сен, выступил одним из консультантов исследования.
По его словам, если технология NTU окажется жизнеспособной, клиницисты смогут локализовать и сконцентрировать препараты вокруг опухоли и ввести их глубоко в ткани опухоли за считанные секунды с помощью клинической ультразвуковой системы.
«В случае успеха я предполагаю, что это может стать хорошим альтернативным методом лечения в будущем — недорогим и эффективным для лечения рака с солидными опухолями, поскольку позволит минимизировать побочные эффекты препаратов».
Новая система доставки лекарств
Мотивацией для проекта был поиск неинвазивных и безопасных альтернативных решений для систем доставки лекарств.
«Мы разрабатываем новые носители для лекарств — по сути, лучшие способы доставки препаратов с минимальными побочными эффектами», — пояснил профессор Оль, эксперт в области биофизики.
«Большинство прототипов систем доставки на рынке сталкиваются с тремя основными проблемами, прежде чем они смогут стать коммерчески успешными: они должны быть неинвазивными, удобными для пациента и при этом рентабельными. Используя теорию микропузырьков и то, как их поверхность вибрирует под ультразвуком, мы смогли найти решение, которое отвечает всем трем вызовам».
Междисциплинарная команда
Исследование, занявшее два с половиной года, проводила международная междисциплинарная команда из 12 человек, включая ученых NTU, Городского университета Гонконга и Тель-Авивского университета (Израиль). В команду также вошли два студента NTU, выполнявшие дипломный проект, и один студент по программе летних исследовательских стажировок (NTU).
В дальнейшем команда планирует применить эту новую систему доставки в исследованиях рака легких и печени на животных моделях, а в конечном итоге — в клинических исследованиях.
По оценкам ученых, до начала клинических испытаний на людях пройдет еще от восьми до десяти лет.