Наноэнзимы обеспечивают доставку лекарств в опухоль с минимальной токсичностью
Химиотерапия — краеугольный камень лечения рака. Несмотря на эффективность, эта терапия неизбирательно убивает быстро делящиеся клетки — как раковые, так и здоровые, — что часто приводит к тяжелым побочным эффектам и ограничивает её применение.
Новый подход предполагает введение по всему организму неактивной формы химиопрепарата (пролекарства) и её «включение» непосредственно внутри опухоли. Это может снизить побочные эффекты и позволить использовать более высокие и эффективные дозы.
Ключ к решению — наноэнзимы. Эти искусственные ферменты на основе наноматериалов могут проводить заданные химические реакции, например, превращать инертное пролекарство в активную форму. Инъекция наноэнзимов в опухоль создаёт локализованные «фабрики лекарств», которые селективно активируют препарат в месте опухоли, минимизируя повреждение здоровых тканей.
Биоинженеры и химики из Университета Массачусетса в Амхерсте разработали наноэнзим, способный превращать неактивную форму фторурацила (распространённого химиопрепарата) в активную. В модели рака молочной железы у мышей это лечение уменьшало опухоли так же эффективно, как и стандартная химиотерапия фторурацилом, но с значительно меньшим повреждением печени.
Увеличивая дозу химиопрепарата именно в опухоли, а не во всём организме, эта стратегия может обеспечить сопоставимую терапевтическую пользу при значительно меньшей токсичности. Результаты опубликованы в Journal of Controlled Release.
Как работают наноэнзимы
- Основа: ультрамалые наночастицы золота плотно покрыты положительно заряженными молекулами, что обеспечивает их сильное электростатическое притяжение к отрицательно заряженным поверхностям клеток опухоли.
- Катализатор: внутрь наночастиц добавляют металлический катализатор — палладий. Он обеспечивает активность наноэнзимов и способен проводить биоортогональный катализ (реакции, не происходящие естественным образом в организме).
- Механизм: палладий может удалять с молекул пропаргильные группы, которыми «метят» пролекарства, чтобы блокировать их активность.
«Металлические катализаторы, такие как палладий, становятся новым способом селективной активации пролекарств в биологических системах», — говорит старший автор исследования Винсент Ротелло, профессор химии.
«Инкапсулируя палладий в наши положительно заряженные наночастицы, мы можем электростатически „пристегнуть“ наноэнзимы к ткани опухоли, закрепив катализатор на месте», — объясняет он.
Эксперимент и результаты
Лечение объединяет наноэнзимы с палладием и про-фторурацилом (версией препарата, помеченной пропаргильной группой). После инъекции наноэнзимов непосредственно в опухоли мышам системно вводят про-фторурацил. Когда препарат достигает опухоли, наноэнзимы отщепляют пропаргильную группу, активируя химиотерапевтик, который убивает окружающие клетки.
При сравнении с обычным фторурацилом оба лечения значительно уменьшали опухоли, но мыши, получавшие стандартную терапию, испытывали значительно большее повреждение печени (наиболее частый побочный эффект фторурацила).
Перспективы
«Наши наноэнзимы с палладием потенциально могут работать с любым препаратом, активность которого можно заблокировать добавлением пропаргильной группы. Мы уже создаём таким способом химиотерапевтики, противомикробные и противовоспалительные средства», — отмечает Ротелло.
В наноэнзимы можно добавлять и другие металлические катализаторы для активации различных пролекарств через другие биоортогональные реакции.
«Хотя нашу стратегию нужно доработать перед испытаниями на людях, я верю, что доставка лекарств с помощью наноэнзимов может стать прорывом для создания более безопасных и целенаправленных методов лечения», — заключает исследователь.