Устройство с наноалмазами для доставки лекарств может изменить лечение рака

Исследователи из Северо-Западного университета разработали перспективное биомедицинское устройство на основе наноматериалов. Оно предназначено для локальной доставки химиотерапевтических препаратов в области, где были хирургически удалены злокачественные опухоли.

Гибкое микроскопическое устройство, напоминающее пищевую плёнку и легко принимающее любую форму, может трансформировать стандартные подходы к лечению и снизить ненужное воздействие токсичных препаратов на пациентов. Устройство использует наноалмазы — развивающуюся технологию — для пролонгированного высвобождения лекарства.

Исследователи показали, что устройство высвобождает химиотерапевтический агент Доксорубицин устойчивым и постоянным образом, что является обязательным требованием для любого имплантируемого устройства локальной химиотерапии. Результаты исследования опубликованы 2 октября в журнале ACS Nano.

Устройство — своего рода «одеяло» или пластырь — можно использовать для лечения области, где после удаления опухоли могли остаться раковые клетки. Если хирург-онколог удаляет опухоль, например, в груди или мозге, устройство может быть имплантировано в поражённую область в ходе той же операции. Такой подход, ограничивающий высвобождение препарата конкретным местом, может смягчить побочные эффекты других видов химиотерапии.

В своём исследовании команда поместила миллионы крошечных наноалмазов, несущих препарат, в одобренный FDA полимер парилен. Биостабильный парилен, уже используемый для покрытия имплантатов, — гибкий и универсальный материал, похожий на пищевую плёнку. Значительное количество препарата можно загрузить на кластеры наноалмазов, обладающих большой площадью поверхности. Затем наноалмазы помещаются между сверхтонкими плёнками парилена, что делает устройство минимально инвазивным.

Для тестирования высвобождения препарата использовали Доксорубицин. Было обнаружено, что препарат медленно и стабильно высвобождался из встроенных кластеров наноалмазов в течение месяца, причём ещё оставался в резерве, что указывало на возможность более длительного высвобождения (несколько месяцев и дольше). Устройство также избежало «взрывного» массивного первоначального высвобождения препарата — обычного недостатка традиционной терапии.

В контрольных экспериментах, где препарат был без наноалмазов, практически весь он высвободился в течение одного дня. Добавление нагруженных препаратом наноалмазов в устройство мгновенно увеличило время высвобождения до масштаба месяцев.

Помимо большой площади поверхности, наноалмазы имеют и другие преимущества для доставки лекарств:

• Их можно функционализировать практически любым типом терапевтического агента.
• Их легко суспендировать в воде, что важно для биомедицинских применений.
• Наноалмазы размером 4–6 нанометров минимально инвазивны для клеток, биосовместимы и не вызывают воспаления.
• Их производство легко масштабируется до больших объёмов.

Архитектура устройства подходит для размещения малых молекул, белков, антител или терапевтических средств на основе РНК или ДНК. Это даёт технологии потенциал для воздействия на целый спектр стратегий лечения, где требуется имплантируемое долгосрочное высвобождение препарата.

Для создания устройства исследователи разработали упрощённый подход: двойной слой парилена, между которым помещены комплексы наноалмаз-препарат. Нижний слой (толщиной ~20–30 микрон) служит основой устройства. Верхний слой — более тонкая полупористая плёнка, позволяющая препарату медленно высвобождаться.

Ключевое преимущество — процедуры изготовления легко масштабируются, что означает возможность параллельного и недорогого производства сотен или тысяч устройств. Наноалмазы сами по себе экономичны и уже производятся в больших количествах для автомобильных смазок и электроники.

В области локальной химиотерапии команда надеется, что эта технология обеспечит новый уровень эффективности лечения, дополняя инъекционную химиотерапию для снижения дозировок и уменьшения разрушительных побочных эффектов.

Благодаря доказанной биосовместимости парилена и возможности его массового нанесения, исследователи уже проводят доклинические испытания парилена с внедрёнными наноалмазами.