Съемный «плащ» для наночастиц помогает им нацеливаться на опухоли

Инженеры-химики MIT разработали новый тип наночастиц для доставки лекарств, которые используют общую черту почти всех опухолей: они более кислые, чем здоровые ткани.

Такие частицы могут нацеливаться практически на любой тип опухоли и могут быть спроектированы для доставки любого типа лекарства, — говорит Пола Хаммонд, старший автор статьи в журнале ACS Nano.

Как и большинство других наночастиц, новые частицы MIT покрыты полимерным слоем, защищающим их от разрушения в кровотоке. Однако команда MIT спроектировала этот внешний слой так, чтобы он отслаивался после попадания в более кислую среду около опухоли. Это обнажает другой слой, способный проникать в отдельные опухолевые клетки.

В статье в ACS Nano (опубликована онлайн 23 апреля) исследователи сообщили, что в экспериментах на мышах их частицы могут оставаться в кровотоке до 24 часов, накапливаться в местах опухолей и проникать в опухолевые клетки.

Новая мишень

Новый подход MIT отличается от подхода большинства разработчиков наночастиц. Обычно исследователи пытаются нацелить частицы на опухоль, присоединяя к ним молекулы, которые связываются с белками на поверхности раковых клеток. Проблема этой стратегии в том, что трудно найти правильную мишень — молекулу, присутствующую на всех раковых клетках конкретной опухоли, но не на здоровых клетках. Кроме того, мишень, работающая для одного типа рака, может не работать для другого.

Хаммонд и её коллеги решили использовать кислотность опухоли, которая является побочным продуктом её ускоренного метаболизма. Опухолевые клетки растут и делятся гораздо быстрее нормальных, и эта метаболическая активность потребляет много кислорода, что увеличивает кислотность. По мере роста опухоли ткань становится всё более кислой.

Для создания своих целевых частиц исследователи использовали технику послойной сборки. Это означает, что каждый слой можно настроить для выполнения конкретной функции.

Когда внешний слой (из полиэтиленгликоля, PEG) разрушается в кислой среде опухоли, обнажается положительно заряженный средний слой. Этот положительный заряд помогает преодолеть ещё одно препятствие для доставки лекарств наночастицами: когда частицы достигают опухоли, их трудно заставить проникнуть в клетки. Частицы с положительным зарядом могут проникать через отрицательно заряженную клеточную мембрану, но такие частицы нельзя вводить в организм без «плаща», потому что они также разрушали бы здоровые ткани.

Самый внутренний слой наночастиц может быть полимером, несущим противораковый препарат, квантовой точкой для визуализации или практически чем угодно, что хочет доставить разработчик, — говорит Хаммонд.

Слой за слоем

Другие исследователи пытались создать наночастицы, использующие кислотность опухолей, но частицы Хаммонд стали первыми, успешно протестированными на живых животных.

Цзиньмин Гао, профессор онкологии и фармакологии, отмечает, что использование послойной сборки для создания частиц со съемным защитным слоем — «довольно умно». «Это хорошее доказательство концепции. Это может служить общей стратегией для нацеливания на кислую микроокружение опухоли с целью улучшения доставки лекарств».

Исследователи планируют дальнейшую разработку этих частиц и тестирование их способности доставлять лекарства на животных. Хаммонд ожидает, что до начала клинических испытаний на людях может потребоваться от 5 до 10 лет разработки.

Команда Хаммонд также работает над наночастицами, способными нести несколько полезных нагрузок. Например, внешний слой PEG может нести препарат или ген, который «подготовит» опухолевые клетки к восприимчивости к другому препарату, находящемуся в ядре частицы.