Нанобомбы могут доставлять агенты, изменяющие активность генов в раковых стволовых клетках

Исследователи из Комплексного онкологического центра Университета штата Огайо разработали наночастицы, которые набухают и взрываются под воздействием лазерного света ближнего инфракрасного диапазона.

Такие «нанобомбы» могут преодолеть биологический барьер, который блокировал разработку агентов, работающих за счёт изменения активности — экспрессии — генов в раковых клетках. Эти агенты могут либо убивать раковые клетки напрямую, либо останавливать их рост.

Агенты, изменяющие экспрессию генов, обычно представляют собой формы РНК (рибонуклеиновой кислоты), и их крайне сложно использовать в качестве лекарств. Во-первых, они легко разрушаются в свободном состоянии в кровотоке. В данном исследовании эта проблема была решена путём упаковки их в наночастицы, нацеленные на опухолевые клетки.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, предполагает, что нанобомбы могут решить и вторую проблему. Когда раковые клетки поглощают обычные наночастицы, они часто заключают их в небольшие компартменты, называемые эндосомами. Это не позволяет молекулам лекарства достичь своей цели, и они вскоре разрушаются.

Наряду с терапевтическим агентом эти наночастицы содержат химическое вещество, которое испаряется, заставляя их набухать в три раза или более при воздействии лазерного света ближнего ИК-диапазона. Эндосомы лопаются, высвобождая РНК-агент в клетку.

«Основная проблема использования наночастиц для доставки регулирующих гены агентов, таких как микроРНК, заключается в неспособности наночастиц вырваться из компартментов (эндосом), в которые они заключаются при поглощении клетками», — говорит ведущий исследователь Сяомин (Шон) Хэ, PhD.

«Мы считаем, что преодолели эту проблему, разработав наночастицы, которые включают бикарбонат аммония — небольшую молекулу, которая испаряется при воздействии на наночастицы лазерного света ближнего ИК-диапазона, вызывая взрыв наночастицы и эндосомы и высвобождение терапевтической РНК», — объясняет Хэ.

Для своего исследования Хэ и коллеги использовали клетки рака простаты человека и человеческие опухоли простаты на животной модели. Наночастицы были оснащены для нацеливания на раковые стволоподобные клетки (CSCs) — раковые клетки, обладающие свойствами стволовых клеток. CSCs часто устойчивы к терапии и, как считается, играют важную роль в развитии и рецидиве рака.

Терапевтическим агентом в наночастицах была форма микроРНК под названием miR-34a. Исследователи выбрали эту молекулу, потому что она может снижать уровень белка, критически важного для выживания CSCs и, возможно, участвующего в устойчивости к химио- и лучевой терапии.

Наночастицы также инкапсулируют бикарбонат аммония — разрыхлитель, иногда используемый в выпечке. Лазерный свет ближнего ИК-диапазона, вызывающий испарение бикарбоната аммония, может проникать в ткани на глубину до одного сантиметра. Для более глубоких опухолей свет будет доставляться с помощью малоинвазивной хирургии.

Ключевые технические результаты исследования включают:

• Наночастицы с бикарбонатом аммония увеличивались более чем в три раза при активации лазером ближнего ИК-диапазона (с примерно 100 нм в диаметре при температуре тела до более 300 нм при 43 °C). Диаметр эндосом составляет 150–200 нм;
• Наночастицы имели высокое сродство к CSCs и очень низкое — к нормальным человеческим мезенхимальным стволовым клеткам жировой ткани;
• Нанобомбы с miR-34a значительно уменьшили объём опухоли на животной модели с человеческими опухолями простаты.