Нанотрубки с ДНК-покрытием уничтожают опухоли, не повреждая окружающие ткани

Исследователи из Медицинской школы Университета Уэйк Форест уничтожили опухоли рака простаты у мышей, введя в них специально покрытые микроскопические углеродные трубки и затем быстро нагрев их коротким импульсом лазера.

Процедура, в которой использовались многостенные углеродные нанотрубки (MWCNTs), покрытые ДНК, для лечения опухолей человеческого рака простаты у мышей, оставила лишь небольшой ожог на коже, заживший в течение нескольких дней.

«То, что мы смогли уничтожить опухолевую массу и не повредить ткань, действительно удивительно», — заявил главный исследователь Уильям Х. Гмайнер, профессор биологии рака.

Предварительная копия исследования доступна в онлайн-версии журнала ACS Nano, полная статья должна появиться в будущем печатном выпуске.

Исследователи видят возможность использовать частицы не только для уничтожения опухолей нагревом, но и для доставки противораковых препаратов непосредственно в пораженную область у пациентов.

Как это работает

Углеродные нанотрубки — субмикроскопические частицы, которые являются предметом интенсивных исследований в онкологии. MWCNTs, использованные в данном исследовании, состоят из нескольких трубок, которые «помещаются друг в друга, как русские матрешки». Их вводят в опухоль и нагревают с помощью лазерного ближнего инфракрасного излучения. Излучение заставляет трубки вибрировать, создавая тепло, которое убивает раковые клетки рядом с ними. При достаточном количестве нанотрубок выделяемого тепла хватает для уничтожения целых опухолей.

В этом исследовании использовались MWCNTs, покрытые ДНК. Это предотвратило их слипание в опухоли, позволив им нагреваться эффективнее при более низком уровне излучения и практически не повреждая окружающие ткани.

Результаты эксперимента

При финансировании Национального института рака и Биотехнологического центра Северной Каролины исследователи вырастили 24 опухоли рака простаты у 12 мышей. Мышей разделили на группы, получавшие лечение с помощью ДНК-покрытых MWCNTs и лазера, только лазером, только MWCNTs без ДНК-покрытия или не получавшие лечения.

Восемь опухолей, обработанных однократной инъекцией ДНК-покрытых MWCNTs и 70-секундным импульсом трехваттного лазера, исчезли в течение шести дней после лечения. На месте лазерного воздействия появился небольшой поверхностный ожог, который зажил за несколько дней с помощью антибиотической мази.

Опухоли в других группах лечения не показали заметного уменьшения.

Использование ДНК-покрытых MWCNTs увеличило тепловыделение в 2–3 раза. Это позволило использовать меньше нанотрубок и менее мощный лазер для уничтожения опухолей — важный фактор при оценке потенциальной токсичности нанотрубок, которые остаются в организме после лечения.

Контекст и перспективы

Современные методы термической абляции (тепловой терапии) опухолей у людей, такие как радиочастотная абляция, вызывают региональный нагрев между двумя электродами, имплантированными в ткань, но не могут селективно отличать раковые клетки от здоровых, на что рассчитывают исследователи с MWCNTs. Помимо ДНК-покрытых MWCNTs, другие наноматериалы, такие как однослойные углеродные нанотрубки и золотые нанооболочки, также исследуются в качестве экспериментальных методов лечения рака.

Прежде чем лечение с помощью MWCNTs можно будет испытать на людях, необходимо провести исследования их токсичности и безопасности, чтобы выяснить, вызывает ли лечение изменения в органах со временем, а также изучить фармакологию лечения, чтобы понять, что происходит с синтетическими нанотрубками в организме в долгосрочной перспективе.