Наночастицы на бактериях: новая система доставки лекарств превосходит обычные методы
Междисциплинарная группа исследователей из Виргинского политехнического института создала систему доставки лекарств, которая может значительно расширить возможности лечения рака.
Обычный метод лечения — инъекции наночастиц с лекарством в кровоток — имеет низкую эффективность. Из-за сложности организма человека лишь немногие частицы достигают опухоли, а их распределение внутри раковой ткани ограничено.
Новая система, названная Nanoscale Bacteria-Enabled Autonomous Drug Delivery System (NanoBEADS), использует ослабленные бактериальные клетки. На них химически закрепляют наночастицы с противораковым препаратом. Этот метод оказался эффективнее пассивной доставки инъекциями.
В моделях in vitro (опухолевые сфероиды) и in vivo (живые мыши) система NanoBEADS показала до 100-кратного улучшения в распределении и удержании наночастиц в раковых тканях.
Использование сальмонеллы во благо
Ещё в Древнем Египте заметили, что рак может переходить в ремиссию, если пациент заболевает инфекцией вроде сальмонеллёза. Современная иммунотерапия активирует иммунную систему для атаки раковых клеток.
Исследователи использовали ослабленный штамм Salmonella enterica serovar Typhimurium VNP20009, который уже проходил клинические испытания фазы I. Его способность проникать через ткани стала основой идеи.
"Если бактерии так хорошо перемещаются через ткани, почему бы не соединить наномедицину с бактерией, чтобы доставить лекарство гораздо дальше, чем оно могло бы пассивно диффундировать само?" — Бахаре Бекам, руководитель проекта.
Механизм работы: Агенты NanoBEADS создаются путём конъюгации наночастиц поли(молочной-со-гликолевой кислоты) с сальмонеллой, нацеленной на опухоль. Они усиливают удержание и распределение наночастиц в солидных опухолях за счёт межклеточной самовоспроизводящейся транслокации, без необходимости внешнего воздействия.
Путь от идеи к результату
Создание системы было сложной задачей:
- Сохранение жизнеспособности бактерий после прикрепления наночастиц.
- Понимание механизма транспорта в опухолевой ткани.
- Количественная оценка эффективности.
Успех пришёл только с четвёртой попытки. В лабораторных опухолевых сфероидах платформа NanoBEADS показала до 80-кратного улучшения проникновения и распределения наночастиц по сравнению с пассивной диффузией. Основной путь проникновения — пространство между раковыми клетками.
Испытания на мышах с опухолями молочной железы подтвердили значительное улучшение:
- Концентрация сальмонеллы в опухоли была в 1000 раз выше, чем в печени, и в 10 000 раз выше, чем в селезёнке.
- Сальмонелла помогала удерживать частицы в опухоли в 100 раз лучше.
Следующий шаг — загрузка в систему NanoBEADS реальных противораковых препаратов для проверки повышения эффективности лечения.
Междисциплинарное сотрудничество
Работа объединила экспертизу в механической, биомедицинской, химической инженерии и ветеринарной медицине. Наличие ветеринарного колледжа позволило быстро перейти от лабораторных исследований к испытаниям на животных моделях.
"Проект не мог двигаться вперёд без каждой из трёх частей. Исследование не попало бы в журнал с таким высоким импакт-фактором без химии, понимания патогена, идеи и физиологической/клинической релевантности тестирования на реальной опухоли у животного", — отметил соавтор Кой Аллен.
Работа была подробно описана в журнале Advanced Science.