Новая компьютерная модель разрабатывает стратегию доставки лекарств для борьбы с раком

Исследователи из Стэнфорда создали компьютерную симуляцию, подтверждённую экспериментальными результатами, для помощи в разработке наночастиц-доставщиков, которые несут противораковые лекарства непосредственно к опухолям, минимизируя потенциальные побочные эффекты на здоровые клетки.

Исследование, описанное Брайаном Смитом и Эриком Шакфе в выпуске Biophysical Journal от 18 сентября, основывается на предыдущих работах, показавших, что лекарства, встроенные в наночастицы, обычно лучше способны избегать биологических барьеров, чем свободные молекулы лекарств. Однако даже наночастицы до сих пор демонстрировали ограниченный успех в достижении своих целей. Критическим препятствием была доставка лекарства из кровотока в опухоль.

В своём исследовании учёные стремились определить оптимальную форму наночастиц, чтобы они действовали как молекулярный носитель, доставляя низкомолекулярные лекарства из кровеносных сосудов в интерстициальную жидкость, омывающую опухоль, где лекарства могут проникнуть в раковые клетки. Попав внутрь, наночастицы растворяются, позволяя молекулам лекарства убивать опухолевые клетки.

Эта стратегия использует одно из больших слабых мест рака: хаотичный способ роста опухолей, который создаёт в кровеносных сосудах опухоли поры.

Комбинируя знания Шакфе в области гидродинамики со знаниями Смита о потоке наночастиц и сосудистой биологии, с помощью симуляций и экспериментов исследователи показали, как наночастицы разной формы:

• Протекают через кровеносные сосуды.
• Проходят через поры в сосудах опухоли.
• Достигают злокачественных клеток.

Исследователи заявили, что, поскольку виды рака могут сильно различаться, форма и размер систем доставки наночастиц, возможно, должны быть адаптированы к конкретной опухоли. В отличие от предыдущих моделей, чрезмерно упрощавших форму наночастиц, новая модель, как ожидается, поможет дизайнерам лекарств точно предсказать оптимальную форму и размер частицы для наиболее эффективного лечения опухоли.

Стэнфордская команда также подтвердила свои теоретические предположения реальными экспериментами. Сочетание симуляций с экспериментами помогло им выявить, что длинные, тонкие, так называемые одномерные частицы, как правило, лучше всего проходят через поры. Исследователи также узнали, что ранее упускаемый из виду процесс диффузии (движение частиц из областей с более высокой концентрацией в области с меньшей) может играть неожиданно большую роль в том, проскользнут ли наночастицы через поры.

В будущих исследованиях Смит и Шакфе надеются изучить, как полимеры, делающие наночастицы более биосовместимыми, контролируют их свойства доставки. Они также планируют расширить свои модели, включив электрические силы, которые могут заставлять поры притягивать или отталкивать наночастицы.