Наночастицы пересекают гематоэнцефалический барьер для «окрашивания» опухоли мозга

Рак мозга — один из самых смертоносных видов рака, который также крайне сложно лечить. Результаты визуализации часто неточны, поскольку опухоли мозга чрезвычайно инвазивны. Хирургам приходится вскрывать череп и удалять как можно больше опухолевой ткани, а затем использовать лучевую или химиотерапию для уничтожения раковых клеток в окружающих тканях.

Исследователи из Вашингтонского университета смогли подсветить опухоли мозга, вводя в кровоток флуоресцентные наночастицы, которые безопасно пересекают гематоэнцефалический барьер — почти непроницаемую защиту мозга от инфекций. Согласно результатам, опубликованным на этой неделе в журнале Cancer Research, наночастицы сохранялись в опухолях мышей до пяти дней без признаков повреждения барьера.

Наночастицы улучшили контрастность как при МРТ, так и при оптической визуализации, используемой во время операции.

«Опухоли мозга очень инвазивны, они прорастают в окружающие ткани, и нет чёткой границы между опухолью и здоровой тканью мозга», — пояснила ведущий автор Мицин Чжан, профессор материаловедения и инженерии.

Невозможность различить эту границу осложняет операцию и часто приводит к тяжёлым когнитивным нарушениям.

«Если мы введём эти наночастицы с инфракрасным красителем, они увеличат контраст между опухолью и нормальной тканью. Во время операции хирурги смогут точнее видеть границу. Мы называем это "подсветкой" или "окрашиванием" опухоли мозга. Опухоль будет светиться», — сказала Чжан.

Нановизуализация также может помочь в раннем обнаружении рака. Современные методы имеют максимальное разрешение около 1 миллиметра. Наночастицы могут улучшить разрешение в 10 и более раз, позволяя обнаруживать меньшие опухоли и раньше начинать лечение.

До сих пор ни одна наночастица для визуализации не могла пересечь гематоэнцефалический барьер и специфично связываться с клетками опухоли мозга. Существующие методы требуют инъекции красителей и применения препаратов для временного открытия барьера, что рискованно для заражения мозга.

Команда преодолела эту проблему, создав наночастицу, которая остаётся маленькой во влажных условиях. Её диаметр в среде составил около 33 нанометров — примерно треть размера аналогичных частиц, используемых для других частей тела.

Прохождение через барьер зависит от размера частицы, содержания липидов (жиров) и её электрического заряда. Для специфичного нацеливания на опухолевые клетки исследователи использовали хлоротоксин — небольшой пептид из яда скорпиона, который изучается многими группами, включая группу Чжан, за его способность связываться с опухолями. На поверхность наночастицы поместили небольшой флуоресцентный молекулярный маркер для оптической визуализации и сайты связывания для присоединения других молекул.

Будущие исследования оценят потенциал этих наночастиц для лечения опухолей. Уже показано, что хлоротоксин в комбинации с наночастицами значительно замедляет распространение опухолей. Учёные проверят, применимо ли это к раку мозга — самой распространённой солидной опухоли у детей.

Даже простое улучшение визуализации может повысить выживаемость пациентов.

«Точная визуализация опухолей мозга невероятно важна. Мы знаем, что выживаемость пациентов напрямую зависит от объёма опухоли, который можно удалить», — сказал соавтор Ричард Элленбоген, профессор и заведующий кафедрой нейрохирургии. — «Это следующее поколение визуализации рака. Если предыдущим поколением была КТ, а нынешним — МРТ, то это — следующий шаг вперёд».