Наноустройство для уничтожения раковых клеток разработали в UCLA

Исследователи из Центра наномашин Калифорнийского института наносистем (CNSI) при UCLA создали новый тип наномашины, способной захватывать и хранить противораковые препараты в крошечных порах и высвобождать их в раковые клетки под действием света. Устройство, названное «наноимпеллером», является первой светоактивируемой наномашиной, работающей внутри живой клетки, что имеет серьёзные последствия для лечения рака.

Результаты синтеза и работы наночастиц с наноимпеллерами, доставляющими противораковые препараты, были опубликованы 31 марта в онлайн-версии журнала Small.

Исследование провели совместно Джеффри Зинк, профессор химии и биохимии UCLA, и Фую Таманой, профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики UCLA, директор программы передачи сигналов и терапии в Онкологическом центре Джонсона. Оба являются соруководителями Центра наномашин для целевой доставки и высвобождения по требованию в CNSI.

Для создания системы использовали мезопористые наночастицы диоксида кремния, покрыв внутреннюю поверхность пор азобензолом — химическим соединением, которое может колебаться между двумя конформациями под действием света.

Работу наноимпеллера продемонстрировали на различных человеческих раковых клетках in vitro, включая клетки рака толстой кишки и поджелудочной железы. Наночастицы поглощались клетками в темноте. При направленном световом воздействии механизм наноимпеллера активировался и высвобождал содержимое пор.

Поры частиц можно загружать молекулами «груза», такими как красители или противораковые препараты. Под действием света возникает колебательное движение, заставляющее молекулы покидать поры и атаковать клетку. Конфокальные микроскопические изображения показали, что работу импеллера можно точно регулировать интенсивностью света, временем воздействия и конкретной длиной волны.

Ключевые выводы исследователей:

• Джеффри Зинк: «Мы разработали механизм, высвобождающий малые молекулы в водных и биологических средах под воздействием света. Наномашины расположены в порах молекулярного размера внутри сферических частиц и функционируют в водных и биологических средах».
• Фую Таманой: «Достижение — в точном контроле количества высвобождаемого препарата путём управления световым воздействием. Контролируемое высвобождение в конкретном месте — ключевой вопрос. И высвобождение активируется только там, где светит свет».
• Совместное заявление: «Мы были невероятно взволнованы, обнаружив, что машины поглощаются раковыми клетками и реагируют на свет. Мы наблюдали гибель клеток в результате запрограммированной клеточной смерти».

Эта система может открыть новые возможности для доставки лекарств под внешним контролем в определённое время и место для фототерапии. Удалённое управление достигается варьированием как интенсивности света, так и времени облучения частиц на специфических длинах волн, которые поглощают азобензольные импеллеры.

Перспективы: По словам Зинка и Таманой, система имеет потенциал для точной доставки лекарств и может стать платформой следующего поколения для лечения таких видов рака, как рак толстой кишки и желудка. Возможность удалённого управления позволяет проводить повторные высвобождения малых доз для большего контроля над эффектом препарата.

Исследователи отмечают, что работа представляет собой важный первый шаг в разработке наномашин для терапии рака, и для демонстрации реального подавления роста опухоли необходимы дальнейшие шаги.