Магнитные наночастицы доставляют лекарства вглубь опухолей, замедляя рост рака
Многие методы лечения рака, включая лекарства, недостаточно эффективны, поскольку не могут глубоко проникнуть в плотную ткань солидных опухолей из-за физических барьеров. В исследовании, опубликованном в ACS Nano, учёные, возможно, нашли способ «протащить» их внутрь.
Биоинженеры из Университета Пенсильвании транспортировали терапевтические наночастицы с магнитным ядром вглубь опухолей, воздействуя на них внешним магнитным устройством. В модели тройного негативного рака молочной железы у мышей этот подход замедлил рост опухоли значительно сильнее, чем лечение наночастицами без воздействия магнитного поля.
«Результаты обнадёживают, особенно учитывая, что для тройного негативного рака молочной железы существует не так много эффективных методов лечения. Эти магнитные частицы — отличные носители лекарств и средства визуализации, и теперь они могут преодолеть физический барьер, который ранее казался непреодолимым», — отметила Татьяна Атанасевич, Ph.D., из Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB).
Стратегия доставки лекарств с помощью наноматериалов использует «протекающие» аномальные кровеносные сосуды в опухолях. Однако такие носители, попав в ткань опухоли, обычно не продвигаются далеко от сосудов.
«Наночастицы намного больше самих лекарств, поэтому они не проникают глубоко в опухоль. Они просто застревают вокруг кровеносных сосудов», — пояснил Эндрю Цуркас, Ph.D., профессор биоинженерии и соавтор исследования.
Чтобы помочь терапевтическим агентам проникнуть глубже, учёные использовали силу магнетизма. Наночастицы пассивно просачиваются из сосудов опухоли, а магнитное поле затем распределяет их более равномерно по всей массе.
В предыдущей работе команда использовала систему из двух магнитов, чтобы тянуть наночастицы оксида железа вглубь опухолей у мышей. Хотя частицы продвинулись дальше, процесс занимал восемь часов, а большая часть опухоли оставалась незатронутой, поскольку система тянула только в одном направлении.
Развивая этот подход, команда создала цилиндрическую систему из восьми магнитов (напоминающую миниатюрный аппарат МРТ), создающую более сильное магнитное поле с радиальным вектором тяги от центра. Целью было достичь лучшего проникновения частиц и уничтожения большего числа опухолевых клеток.
Методика эксперимента:
- На магнитные наночастицы нанесли покрытие из хлорина e6 (Ce6) — вещества, используемого в фотодинамической терапии. При облучении светом Ce6 генерирует токсичные свободные радикалы.
- Эти частицы ввели внутривенно мышам с опухолями тройного негативного рака молочной железы.
- Область опухоли поместили в новое магнитное устройство на три часа.
- С помощью МРТ подтвердили, что накопление и распределение частиц в опухоли было значительно лучше, чем в группе без магнитного поля.
- Затем опухоли облучили красным лазером для активации Ce6.
Для сравнения, одну группу мышей лечили с помощью старой двухмагнитной системы, а другую — без какого-либо магнитного поля.
Результаты:
- В опухолях, обработанных новой системой, содержание частиц было в 3.7 раза выше, а глубина их проникновения — в 3.5 раза больше, чем при использовании старого устройства.
- Это привело к значительному замедлению роста опухолей по сравнению со всеми другими группами за 16 дней наблюдения.
Перспективы:
Учёные работают над созданием более крупных версий магнитной системы, подходящих для применения у людей. Технологию также планируют адаптировать для преодоления физических барьеров при других заболеваниях, например, для доставки препаратов через хрящ при лечении остеоартрита или при патологиях лёгких.
«Есть множество областей, где плохое проникновение лекарств является главным препятствием. Мы надеемся, что однажды эта технология сможет найти широкое применение», — заключил Цуркас.