Наночастицы золота с красителями могут позволить более раннее обнаружение рака

Исследователи показали, что с помощью крошечных частиц золота, содержащих красители, можно выявить опухоли под кожей живого животного. Эти инструменты могут позволить врачам обнаруживать и диагностировать рак раньше и менее инвазивно.

Частицы золота, покрытые фрагментами антител (пептидами ScFv), которые связываются с раковыми клетками, прикрепляются к опухолям после инъекции мышам. При освещении лазером частицы, связанные с опухолью, испускают сигнал, специфичный для красителя. Об этом сообщают учёные из Университета Эмори и Технологического института Джорджии.

Результаты опубликованы онлайн 23 декабря в журнале Nature Biotechnology и запланированы к печати в выпуске от 1 января 2008 года.

Это новый класс нанотехнологических агентов для нацеливания на опухоль и визуализации, — говорит старший автор Шуминг Ни, PhD, профессор кафедры биомедицинской инженерии Уоллеса Х. Коултера в Технологическом институте Джорджии и Университете Эмори.

Доктор Ни и его коллеги из Центра передового опыта в области нанотехнологий рака Эмори/Технологического института Джорджии несколько лет разрабатывали светоизлучающие полупроводниковые кристаллы, называемые «квантовыми точками», в качестве инструментов для обнаружения и лечения рака. Однако коллоидное золото (частицы золота в суспензии) имеет преимущества по сравнению с квантовыми точками: оно, по-видимому, нетоксично, а частицы дают более яркий и чёткий сигнал.

Сигнал от красителей очень яркий из-за усиления золотой поверхностью, а его отчётливые пики подобны отпечатку пальца. Это означает, что можно одновременно использовать несколько разных зондов.

Для использования нескольких зондов одновременно потребуются более сложные вычислительные инструменты, — говорит Мэй Донмей Ван, PhD, доцент кафедры биомедицинской инженерии и директор по биовычислениям и биоинформатике в центре нанотехнологий рака. — Мы разрабатываем инструменты обработки данных и делаем их доступными для сети caBIG Национального института рака.

В то время как коллоидное золото уже несколько десятилетий безопасно используется для лечения людей с ревматоидным артритом, токсичность квантовых точек (содержащих тяжёлый металл кадмий) и их долгосрочная судьба в организме всё ещё изучаются.

По сравнению с квантовыми точками, частицы золота более чем в 200 раз ярче (в расчёте на частицу), хотя они примерно в 60 раз больше по объёму. Покрытые нетоксичным полимером частицы золота имеют диаметр около 60–80 нанометров. Это в 150 раз меньше типичной человеческой клетки и в тысячи раз меньше человеческого волоса.

Я ожидаю, что с помощью этих зондов можно будет обнаруживать рак гораздо раньше, на микроскопическом уровне, — говорит Дон Мун Шин, MD, заместитель директора Онкологического института Уиншипа при Эмори и профессор гематологии, онкологии и отоларингологии. Его лаборатория работает с лабораторией доктора Ни над совершенствованием использования частиц золота на живых животных.

Даже узелок шириной в полсантиметра содержит миллионы раковых клеток, но с этой технологией мы можем обнаружить гораздо меньше клеток за раз.

В исследовании Nature Biotechnology учёные сообщают, что могут обнаруживать человеческие раковые клетки, введённые мыши, на глубине 1–2 сантиметра. Это делает частицы золота особенно подходящими инструментами для получения информации об опухолях головы или шеи, которые, как правило, более доступны. Технология потребует дальнейшей адаптации для использования при раке брюшной полости или лёгких, расположенных глубоко в теле.

В исследовании частицы были связаны с антителами «single chain variable fragment» (ScFv), которые распознают рецептор эпидермального фактора роста, присутствующий на поверхности многих человеческих опухолей, включая карциномы головы, шеи и лёгких.

В исследовании частицы, связанные с антителами, накапливались в опухолях в десять раз больше, чем частицы без антител. Однако оба типа наночастиц имели тенденцию накапливаться в печени и селезёнке в течение нескольких дней.

Лаборатория доктора Ни планирует модифицировать покрытия наночастиц, чтобы улучшить нацеливание на опухоль. В конечном итоге частицы золота также можно будет использовать для избирательной доставки лекарств к раковым клеткам.

Отчёт в Nature Biotechnology — результат сотрудничества между первым автором Симей Цянь, PhD, и аспирантом Домиником Ансари из лаборатории доктора Ни; Сян-Хун Пэн, MD PhD из лаборатории доктора Шина; и специалистом по исследованиям Кицином Инь-Гоэном из лаборатории Эндрю Янга, MD PhD, доцента патологии и лабораторной медицины. В число других исследователей из Эмори вошли Джорджия Чен, PhD, доцент гематологии и онкологии, и Лили Янг, MD, доцент хирургии.

Совместная кафедра биомедицинской инженерии Технологического института Джорджии и Университета Эмори обеспечивает отличную среду для перевода новых биотехнологий в биомедицинские приложения и клиническую практику.

Эта работа в области нанотехнологий рака иллюстрирует значительное сотрудничество с участием пяти академических кафедр и четырёх учёных Коалиции по борьбе с раком Джорджии. Это также продукт межпрограммного сотрудничества между двумя центрами, финансируемыми NIH, в Эмори и Технологическом институте Джорджии: один — по нанотехнологиям рака, другой — по изучению рака головы и шеи.