Наночастицы для целевой доставки усиливают противораковые препараты
Исследователи разработали систему на основе наночастиц, которая доставляет концентрированную химиотерапию специфично к раковым клеткам, минуя здоровые. Это потенциально позволяет применять более высокие и эффективные дозы препаратов, избегая токсичных побочных эффектов.
Исследование «Включение специфичной для опухоли доставки лекарств за счет таргетирования эффекта Варбурга при раке» опубликовано в Cell Reports Medicine.
Метаболизм глюкозы в раковых и здоровых клетках
Рак сложно отличить от здоровых клеток, что ограничивает эффективность терапии из-за необходимости снижать дозы для минимизации токсичности. Ученые из Онкологического центра Университета Чикаго решили эту проблему, использовав явление «эффекта Варбурга» — разницу в метаболизме глюкозы.
Вместо полного расщепления глюкозы до CO2 и H2O раковые клетки часто производят лактат, создавая в некоторых опухолях концентрацию лактата в 40 раз выше, чем в нормальных тканях.
«Идея заключалась в том, чтобы использовать это драматическое изменение в специфичном метаболите и создать систему доставки лекарств, нацеленную именно на среды, богатые лактатом», — сказал старший автор Сяоян У.
Как работает система доставки на основе наночастиц?
Использовались мезопористые кремниевые наночастицы, в поры которых загружали препараты. Новизна подхода — «замок», активируемый лактатом, состоящий из двух частей:
- Лактатоксидаза — фермент, расщепляющий лактат с образованием перекиси водорода (H2O2).
- Чувствительная к H2O2 молекула, которая «запечатывает» наночастицу, не давая высвободиться препарату.
В здоровых тканях с низким содержанием лактата «замок» остается закрытым. В лактат-богатой опухолевой среде генерируется достаточно H2O2, чтобы разрушить «замок» и высвободить препарат.
«Самым большим новшеством было создание переключателя, который преобразует этот специфичный для рака сигнал в химически активную молекулу — перекись водорода», — пояснил У.
Результаты испытаний на моделях мышей
В двух моделях рака у мышей система обеспечила специфичное высвобождение препарата в опухолях, а не в здоровых тканях. По сравнению с обычной инъекцией препарата в кровоток, наночастицы доставили в 10 раз более высокую концентрацию лекарства в опухоль. Это привело к замедлению роста опухоли и увеличению выживаемости.
Дополнительное преимущество: уровень лактата уже измеряется у онкопациентов как биомаркер прогрессии рака с помощью неинвазивных методов (например, МРТ), что упростит отбор пациентов для клинических испытаний.
Широкий потенциал применения
Изначально тестировался препарат доксорубицин (основная терапия при раке молочной железы, саркоме, лимфоме и др.). Однако платформа также успешно загружала другие химио- и иммунотерапевтические препараты.
«Мы надеемся улучшить профиль безопасности многих лекарств и позволить вводить повышенную дозу для более эффективного уничтожения раковых клеток», — заявил У.
Повышенный уровень лактата характерен не только для рака (например, при артрите из-за воспаления). Такая система целевой доставки может минимизировать системные побочные эффекты и противовоспалительных препаратов.
Дальнейшие шаги и перспективы
Для перехода к клиническим испытаниям соучредитель У создал стартап Alnair Therapeutics. Текущая задача — масштабирование производственного процесса для получения больших объемов препарата.
«Первая цель — наладить производство с доксорубицином, поскольку он хорошо охарактеризован. Но мы очень заинтересованы в расширении платформы на другие препараты для терапии рака, поскольку высокая токсичность — общая проблема».
У также планирует исследовать другие уникальные аспекты метаболизма опухолей, чтобы найти новые химические сигналы для таргетирования рака.