Прорыв в наноразмерных контрастных агентах и носителях лекарств с помощью самосворачивающихся молекул

Самосворачивающиеся полимеры, содержащие гадолиний и формирующие наноразмерные комплексы, могут стать ключом к улучшению магнитно-резонансной томографии (МРТ) и доставке лекарств нового поколения. Это продемонстрировали учёные из Токийского технологического института (Tokyo Tech). Благодаря малому размеру, низкой токсичности, хорошему накоплению и проникновению в опухоли, эти комплексы представляют собой скачок вперёд в разработке контрастных агентов для диагностики рака, а также для нейтрон-захватной радиотерапии.

МРТ — важнейший диагностический инструмент в онкологии. Для более чёткой визуализации опухолей пациентам обычно вводят контрастные агенты. Однако традиционные хелатные комплексы гадолиния (Gd-хелаты) приближаются к пределу своей эффективности. Достичь оптимального распределения дозы Gd-хелатов между опухолью, здоровой тканью и кровью без применения чрезмерных доз гадолиния оказалось сложно.

Исследовательская группа под руководством доцента Ютаки Миуры (Tokyo Tech) разработала новый наноконтрастный агент (NCA) с выдающимися характеристиками благодаря инновационному молекулярному дизайну. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science 29 ноября.

Предложенный NCA основан на использовании Gd в качестве контрастного агента в так называемом «самосворачивающемся макромолекулярном носителе лекарств» (self-folding macromolecular drug carrier, SMDC). Клинически одобренные Gd-содержащие хелаты были включены в полимерную цепь из поли(этиленгликоль)метилового эфира акрилата (PEGA) и бензилакрилата (BZA). Поскольку полимер содержал как гидрофильные, так и гидрофобные сегменты, в воде он быстро сворачивался в капсулоподобную структуру диаметром менее 10 нанометров, с гидрофобным ядром и гидрофильной оболочкой.

Эксперименты на мышах с раком толстой кишки показали, что эти SMDC-Gds не только лучше накапливаются в опухолях, но и быстро выводятся из кровотока, что приводит к улучшению качества МРТ без токсических эффектов.

«Высокое накопление в опухоли при быстром клиренсе из крови позволяет увеличить соотношение накопления в опухоли и основных органах, а также минимизировать ненужное отложение Gd», — объясняет профессор Миура.

Команда также продемонстрировала новый эффект, который выводит SMDC-Gds вперед существующих Gd-хелатов. Ядро/оболочка создаёт «переполненную» молекулярную среду, которая подавляет не только вращение, но и сегментарные и внутренние движения ионов Gd. Это приводит к более сильному контрасту на МРТ-изображениях.

Применение SMDC-Gds выходит за рамки МРТ. Эти соединения можно использовать в нейтрон-захватной терапии (NCT) — перспективной таргетной радиотерапии, где Gd захватывает нейтроны и испускает высокоэнергетическое излучение, убивая раковые клетки. Эксперименты на мышах показали, что NCT после повторных инъекций SMDC-Gd сильно подавляла рост опухоли, что связано с селективным накоплением и глубоким проникновением комплексов в ткань опухоли.

«Это исследование открывает новые возможности для доставки лекарств с использованием различных терапевтических “грузов”. Мы сейчас изучаем разработку таких систем SMDC», — заключает профессор Миура.