Наночастицы двойного назначения помогают обнаружить остаточные опухоли и улучшить хирургию рака

Гарантированное излечение от рака — полное удаление опухоли хирургическим путем. Однако это сложно из-за двух проблем: невозможно обнаружить все микроскопические опухоли в организме и трудно определить границу между опухолью и здоровой тканью. Решением могут стать наночастицы двойного назначения, которые проникают в опухолевые клетки и делают их видимыми с помощью флуоресцентной визуализации или магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Команда под руководством Роджера Циня из Центра нанотехнологий для лечения, понимания и мониторинга рака (Калифорнийский университет в Сан-Диего) разработала наночастицы, которые проникают только в клетки, покрытые двумя белками (матриксными металлопротеиназами-2 и -9), используемыми опухолевыми клетками для инвазии. Накопившись в опухолевых клетках, частицы становятся видимыми при МРТ или стандартной флуоресцентной микроскопии. Исследователи могут обнаруживать опухоли размером до 200 микрон в диаметре и удалять микроскопические следы злокачественной ткани, отслеживая флуоресцентный сигнал. Результаты опубликованы в двух статьях в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Конструкция зонда

Зонд создан на основе сферической полимерной наночастицы — дендримера. На его поверхность присоединены три компонента:

• Активируемый клеточно-проникающий пептид (ACPP)
• Три молекулы яркого флуоресцентного красителя Cy5
• 15-30 молекул хелата гадолиния — мощного контрастного агента для МРТ

Принцип работы

ACPP — это короткий положительно заряженный пептид, соединенный через расщепляемую связь с отрицательно заряженным пептидом. В неактивном состоянии отрицательный заряд блокирует проникновение в клетки. Связь расщепляется только матриксными металлопротеиназами-2 или -9 на поверхности опухолевых клеток. После расщепления положительно заряженный пептид с присоединенной наночастицей проникает в опухолевые клетки. Частицы с нерасщепляемым пептидом в опухоли не накапливаются и быстро выводятся из организма.

Результаты in vivo

При введении животным с человеческими опухолями наночастицы накапливались в опухолях в течение 48 часов и были четко видны при МРТ всего тела. Исследователи заметили яркие края даже у небольших опухолей. Флуоресцентная микроскопия позволила четко определить неровные границы опухолей.

Используя яркие флуоресцентные края как ориентир, хирурги смогли добиться более полного удаления опухоли по сравнению с традиционной операцией под ярким светом. Мыши, получившие наночастицы перед операцией, имели лучшую долгосрочную выживаемость без опухоли и общую выживаемость. Последующая МРТ подтвердила полное удаление опухолей.