Многослойные наночастицы для глубокого проникновения в опухоли
Исследователи из MIT, Massachusetts General Hospital и Harvard Medical School разработали решение классической проблемы доставки наночастиц в опухоли: необходимость баланса между размером, достаточным для избежания быстрого выведения из кровотока, и достаточно малым для проникновения вглубь опухоли.
Решение: многоступенчатые наночастицы
Новая система представляет собой многослойные (многоступенчатые) наночастицы, которые частично растворяются после накопления вокруг опухоли, высвобождая полезную нагрузку наночастиц размером всего 1/10 от исходного носителя.
- Исходный размер: ~100 нанометров (нм) — оптимален для накопления вблизи опухоли через "протекающие" сосуды.
- Финальный размер: ~10 нм — могут глубоко диффундировать в плотную внутреннюю часть опухоли.
Ключевой компонент: ядро из желатина, служащее субстратом для ферментов (например, матриксных металлопротеиназ), которые в больших количествах производятся опухолевыми клетками для разрушения внеклеточного матрикса и метастазирования. Исследователи использовали эту особенность рака в терапевтических целях.
Ход эксперимента
- В желатиновое ядро 100-нм частиц были внедрены 10-нм квантовые точки (в качестве легко отслеживаемых наномаркеров вместо лекарств).
- In vitro эксперименты на культурах опухолевых клеток подтвердили, что ферменты опухоли эффективно разрушают желатин, а высвобожденные квантовые точки диффундируют в опухоль дальше и эффективнее, чем исходные 100-нм частицы.
- Эксперименты на мышах с опухолями подтвердили эти результаты in vivo.
- Следующий этап — повторение экспериментов с 10-нм частицами, несущими противоопухолевые препараты, вместо квантовых точек.
Дополнительный подход: модуляция опухолевого матрикса
Параллельно группа доктора Ракеша Джайна (MIT, Harvard Medical School) исследовала другой подход для улучшения проникновения наночастиц — разрушение плотного внеклеточного матрикса опухоли (в основном коллагена).
- Средство: широко применяемый препарат от высокого кровяного давления Лозартан, который ингибирует синтез коллагена I типа.
- Результат: в дозах, не влияющих на кровяное давление, Лозартан облегчил проникновение наночастиц вглубь опухоли у мышей.
- Эффективность: наночастицы Доксил (первый одобренный нанопрепарат против рака) стали более эффективны против плотных фиброзных опухолей (например, поджелудочной железы) у мышей.
Важный вывод: поскольку длительная терапия Лозартаном безопасна для человека, а многие противораковые препараты повышают давление, сочетанное применение Лозартана с наночастицами имеет высокий потенциал пользы для пациентов.
Публикация и поддержка
Оба исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа по многоступенчатым наночастицам (статья "Multistage nanoparticle delivery system for deep penetration into tumor tissue") частично поддержана NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer.