Золотые наночастицы с ДНК-метками могут сделать лечение рака персонализированным

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали новый метод повышения точности лечения рака с помощью золотых наночастиц, помеченных ДНК-штрихкодами.

Исследование под руководством доцента Энди Тея показало, что наночастицы золота определенной формы, например, треугольные, особенно эффективны для доставки терапевтических нуклеиновых кислот и нагрева раковых клеток в фотодинамической терапии.

Эти результаты выявили предпочтения опухолевых клеток к определенным конфигурациям наночастиц, что может позволить разрабатывать более безопасное и эффективное персонализированное лечение рака.

Размер и форма имеют значение

Золотые наночастицы используются в терапии рака, например, в фотодинамической терапии, где частицы, доставленные в опухоль, преобразуют свет в тепло, убивая раковые клетки. Они также могут доставлять лекарства.

«Но чтобы эти наночастицы работали, они сначала должны успешно попасть в целевые участки», — сказал доцент Тей.

Для этого нужно найти правильный дизайн наночастицы — ее форма, размер и свойства поверхности должны соответствовать предпочтениям целевых клеток. Однако существующие методы скрининга для определения оптимального дизайна сложны и часто игнорируют предпочтения разных типов клеток в опухоли.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи использовали ДНК-штрихкодирование. Каждая наночастица помечена уникальной последовательностью ДНК, что позволяет отслеживать отдельные дизайны in vivo.

«Мы использовали тиол-функционализацию, чтобы надежно закрепить ДНК-штрихкоды на поверхности золотых наночастиц. Это обеспечивает стабильность штрихкодов, устойчивость к ферментативной деградации и отсутствие вмешательства в захват клетками», — пояснил доцент Тей.

Исследователи подготовили наночастицы шести различных форм и размеров и отследили их распределение и поглощение разными типами клеток. Они обнаружили, что:

• Круглые наночастицы, несмотря на плохое поглощение в исследованиях in vitro, отлично нацеливаются на опухоли в доклинических моделях, так как с меньшей вероятностью устраняются иммунной системой.
• Треугольные наночастицы показали отличные результаты как в тестах in vitro, так и in vivo, продемонстрировав высокий клеточный захват и сильные фотодинамические свойства.

Повышение безопасности лечения рака

Работа команды подчеркивает важность преодоления расхождений между результатами in vitro и in vivo, как показал пример круглых наночастиц. Эти идеи могут помочь в разработке наночастиц, меняющих форму, или промежуточных дизайнов, оптимизированных для разных стадий доставки лекарств.

Кроме того, исследование раскрывает неиспользованный потенциал изучения форм наночастиц за пределами сфер, которые доминируют среди одобренных FDA. Метод ДНК-штрихкодирования также может быть расширен для скрининга других неорганических наночастиц, таких как железо и кремний, in vivo.

В дальнейшем исследователи планируют расширить свою библиотеку наночастиц до 30 дизайнов, чтобы найти кандидатов, способных нацеливаться на субклеточные органеллы. Подходящие кандидаты будут проверены на эффективность в глушении генов и фотодинамической терапии рака груди.

«Мы устранили ключевую проблему в лечении рака — доставку лекарств конкретно в раковые ткани с большей эффективностью», — сказал доцент Тей. «Ахиллесова пята существующих препаратов на основе наночастиц — это предположение об одинаковой доставке во все органы, но в реальности разные органы реагируют по-разному. Проектирование наночастиц оптимальной формы для органоспецифического таргетинга повышает безопасность и эффективность нанотерапевтиков для лечения рака — и не только».