Управляемые наночастицы доставляют лекарства прямо в опухоли

Ученые из MIT создали наночастицы, которыми можно управлять дистанционно: при воздействии электромагнитного поля они высвобождают лекарства для атаки на опухоли. Инновация, описанная в онлайн-выпуске Advanced Materials от 15 ноября, может привести к улучшению диагностики и таргетной терапии рака.

Ранее та же команда под руководством Санджиты Бхатии разработала инъекционные многофункциональные наночастицы, способные циркулировать в кровотоке, накапливаться в опухолях и слипаться. Эти скопления частиц помогают визуализировать опухоли с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ).

В текущей работе соавтор Бхатии, Джефф фон Мальцан, задался вопросом: «Можем ли мы с ними "поговорить"?»

Ответ оказался положительным. Система состоит из крошечных частиц (размером в миллиардные доли метра), обладающих свойством суперпарамагнетизма, которое заставляет их выделять тепло при воздействии магнитного поля. К этим частицам прикреплены активные молекулы, например, терапевтические препараты.

Воздействие на частицы низкочастотным электромагнитным полем заставляет их излучать тепло, которое, в свою очередь, плавит «привязи» и высвобождает лекарства. Волны в этом магнитном поле имеют частоты от 350 до 400 килогерц — тот же диапазон, что и радиоволны. Эти волны безвредно проходят через тело и нагревают только наночастицы. Для сравнения, микроволны, которые могут повредить ткани, имеют частоты, измеряемые в гигагерцах, то есть примерно в миллион раз мощнее.

«Привязи» в системе состоят из цепочек ДНК — «классического термочувствительного материала», как отметил фон Мальцан. Две цепи ДНК связаны водородными связями, которые разрываются при нагревании. Под действием магнитного поля тепло, генерируемое наночастицами, разрывает эти связи, оставляя одну цепь прикрепленной к частице и позволяя другой уплыть вместе со своим «грузом».

Преимущество ДНК-привязи в том, что ее температура плавления настраиваема. Более длинные цепи и цепи с разным кодом требуют разного количества тепла для разрыва. Эта настраиваемая термочувствительность позволяет одной частице одновременно нести множество различных типов «груза», каждый из которых можно высвобождать в разное время или в различных комбинациях, применяя электромагнитные импульсы разной частоты или длительности.

Для испытания частиц исследователи имплантировали мышам гель, имитирующий опухоль, насыщенный наночастицами. Они помещали мышь в чашеобразную электрическую катушку и активировали магнитный импульс. Результаты подтвердили, что без импульса привязи остаются целыми, а с импульсом — разрываются, высвобождая лекарства в окружающую ткань.

Эксперимент является доказательством принципа, демонстрирующим безопасный и эффективный метод настраиваемой дистанционной активации. Однако предстоит еще много работы, прежде чем такая терапия станет жизнеспособной в клинике.

Например, для нагрева области необходима критическая масса инъецированных частиц, собравшихся внутри опухоли. Команда все еще работает над тем, чтобы внутривенно введенные частицы слипались достаточно эффективно для достижения этой критической массы.

«Наша общая цель — создать многофункциональные наночастицы, которые находят опухоль, накапливаются в ней и обеспечивают настраиваемую дистанционно активируемую доставку лекарств прямо в очаге заболевания», — сказала Бхатия.