Магнитное поле как «пульт дистанционного управления» для доставки нанолекарств
Исследователи из Университета Буффало продемонстрировали концепцию доставки лекарств на основе наночастиц, при которой приложенное магнитное поле направляет накопление в опухолевых клетках специально разработанных наноносителей, заполненных лекарством.
Новый подход, недавно опубликованный в Molecular Pharmaceutics, может привести к методам лечения, использующим преимущества фотодинамической терапии (ФДТ) и потенциально снижающим накопление препарата в здоровых тканях.
Результаты in vitro показали, что магнитно-направленная доставка этих кастомизированных наноносителей к опухолевым клеткам обеспечила более точное таргетирование и повысила клеточное поглощение содержащихся в них препаратов ФДТ.
«Это новый способ усилить доставку лекарств в клетки», — заявил Парас Прасад, доктор философии, исполнительный директор Института лазеров, фотоники и биофотоники УБ, выдающийся профессор SUNY на кафедре химии и соавтор статьи.
«Внешне приложенное магнитное поле действовало как своего рода "пульт дистанционного управления", направляя наноносители в целевую область клеточной культуры», — сказал он.
После применения магнитного поля концентрация препарата внутри опухолевых клеток в целевой области увеличилась.
«Мы показали, что можем использовать магнитофоретический контроль для доставки препарата ФДТ к опухолевым клеткам, что приводит к увеличению его накопления внутри этих клеток», — пояснил Тимиш Охульчанский, доктор философии, старший научный сотрудник кафедры химии.
Исследование проводилось при частичном финансировании Центра передового опыта штата Нью-Йорк в области биоинформатики и наук о жизни УБ, который является основным сторонником наномедицинской программы в Институте лазеров, фотоники и биофотоники.
По словам Прасада, фотодинамическая терапия является одним из наиболее перспективных методов лечения рака; она также исследуется как метод лечения сердечно-сосудистых, дерматологических и офтальмологических заболеваний.
ФДТ использует склонность опухолей удерживать более высокие концентрации фотосенсибилизирующих препаратов, чем здоровые ткани. При воздействии лазерного света эти препараты генерируют токсичные молекулы, которые разрушают раковые клетки.
Основным побочным эффектом фотодинамической терапии рака является сильная чувствительность пациента к свету в течение четырех-шести недель после лечения, что является результатом накопления препаратов ФДТ в коже.
«Магнитно-направленная доставка лекарств позволила бы использовать более низкие концентрации препарата для доставки терапевтической дозы, значительно уменьшая количество препарата ФДТ, накапливающегося в нормальной ткани», — сказал Прасад.
Команде УБ удалось достичь этих результатов с помощью новой системы наноносителей, разработанной из полимерных мицелл — наноразмерных, вододиспергируемых кластеров полимерных молекул.
Прасад пояснил, что полимерные мицеллы являются отличными наноносителями для препаратов ФДТ, которые в основном нерастворимы в воде.
Наряду с фотодинамическим препаратом, исследователи УБ инкапсулировали внутрь наноносителей наночастицы оксида железа, которые позволили им реагировать на внешне приложенные магнитные поля.
В экспериментах было показано, что наноносители эффективно поглощаются культивируемыми опухолевыми клетками в области, подверженной воздействию магнитного поля, что было продемонстрировано с помощью конфокальной микроскопии.
Хотя команда продемонстрировала эту концепцию на препаратах ФДТ, Прасад заявил, что эта техника будет полезна для доставки генной терапии, химиотерапии или практически любого вида фармацевтического лечения в клетки.
«Поскольку наноносители оказались значительно стабильными и поскольку они удерживали препараты ФДТ, мы оптимистично настроены, что они смогут доставлять широкий спектр методов лечения к опухолям или другим очагам заболевания в организме без значительных потерь в кровеносной системе или в нормальных тканях», — сказал Прасад.
Команда начинает исследования нового метода доставки лекарств in vivo.
Предварительные исследования на живых животных показали, что приложенное магнитное поле может вызвать локальное накопление в месте опухоли, согласно Эрлу Дж. Берджи, доктору философии, заместителю директора по биофотонике института УБ и соавтору статьи.
Другими соавторами являются Людмила О. Цинтеза, доктор философии, бывший постдокторант института; Равиндра К. Пандей, доктор философии, профессор биофизических наук в Институте рака Розуэлл Парк и научный профессор института; и Юдхиштхира Саху, доктор философии, доцент-исследователь на кафедре химии УБ.