НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЛЕЧЕНИИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ

Смертность от злокачественных заболеваний бьет рекорды во всем мире.  По данным Всемирной организации здравоохранения ежегодно в мире умирают от рака миллионы людей. Если в 2000 году умерло 8 млн из 10 млн больных, то в 2015- 13 млн из 20 млн. И по прогнозам ВОЗ в скором времени онкологические заболевания станут главной причиной смертности (сейчас лидируют сердечно-сосудистые заболевания).

Существует огромный выбор лекарственных средств, хирургическое лечение, лучевая терапия, химиотерапия для лечения рака. Но все это малоэффективно. Одна из причин - по пути к пораженным органам противоопухолевые препараты оказывают токсическое влияние на нормальные клетки, в частности на клетки костного мозга, желудочно-кишечного тракта, репродуктивной системы, волосяных фолликулов. И проявляются  в виде таких осложнений, как подавление иммунитета, язвы, тошнота, диарея, импотенция, стерильность, облысение.

21 век - век новых технологий и новых открытий. Это не обошло стороной и лечение рака. Ученые достигли определенных успехов в создании противоопухолевых нанопрепаратов.

Основная задача наноонкологии - обеспечить адресную  доставку лекарственных препаратов к пораженным клеткам, чтобы сохранить целостность неповрежденных. Существуют пассивные и активные методы специфической борьбы с раковыми клетками. [6, с. 204] Капилляры, снабжающие опухолевые клетки имеют больший диаметр, чем капилляры нормальных клеток. Поэтому наночастицы диаметром 100 нм избирательно накапливаются в опухолевых ткани, не попадая в здоровые.

Другой вариант пассивного нацеливания лечебной терапии заключается в использовании липосом. Липосома имеет вид пузырька, стенка которого  состоит из фосфолипидов, имеющих гидрофильные головки и гидрофобные хвосты, и содержащая в полости лекарственный препарат.[1, c. 2] Существует барьер - ретикулоэндотелиальная система, препятствующая избирательной доставки лекарственных средств, поэтому создаются, так называемые, липосомы-невидимки. В их липидный слой встраивают полиэтиленгликоль (ПЭГ). Такие частицы могут беспрепятственно циркулировать в крови, и доставляться в нужные органы, не вызывая иммунную реакцию, так как ПЭГ способен скрывать  эпитоп антигенов мембраны.

Существует и варианты активного нацеливания. Высвобождение лекарств  происходит после молекулярного распознавания и связывания с рецепторами опухолевой клетки.

Активно проводятся клинические исследования в этой области. Учеными США в 2012 году созданы наночастицы Bind -014 (содержат препарат Доцетаксел), отвечающие всем требованиями. [3, c. 32]Во-первых: их не распознает иммунная система. Во-вторых: они связываются с белком ПСМА (простат-специфический мембранный антиген), который характерен для опухолевых клеток простаты. Эффективность терапии очевидна: снижены побочные эффекты (связано с селективностью действия), увеличена концентрация лекарства в крови в 100 раз (так как наночастицы «невидимымы» для макрофагов»). Это привело к  уменьшению раковой клетки.

У пегилированных липосом имеется недостаток - они плохо накапливается в опухоли, поэтому для решения данной проблемы создают иммуннолипосомы (на их поверхности имеются моноклоальные антитела к определенным для опухоли белкам). Так, например, создают наночастицы  с антителами к CD19 анигенам В-лимфоцитов. [1, с. 4]

Известно, что pH опухолевой ткани сдвинут в кислую сторону. Поэтому, опираясь на этот факт, создаются наночастицы, которые выделяют противоопухолевые вещества только в закисленной среде. Кроме этого имеются наночастицы, чувствительные к определенным ферментам, специфичным для конкретных опухолей. Например: к эластазе, характерной для опухоли поджелудочной железы, аргиназе - для печени. После взаимодействия с этими ферментами также происходит выделение лекарственных средств. Освобождению иммобилизованных препаратов могут привести и направленные внешние воздействия: температура, излучение электромагнитных волн, облучение светом.

Однако терапевтического эффекта можно добиться без освобождения лекарств. Такой результат можно наблюдать при введении  магнитных наночастиц. В нормальных условиях вреда организму они не наносят, а при попадании в электромагнитное поле, происходит «выжигание» опухоли изнутри.

Группа ученых из Красноярска, Новосибирска и Канады в 2016 году смогла разрушить опухолевые клетки мышей под действием магнитного поля.  Мышам делали инъекции в бедро. Им вводили  наночастицы, представляющие собой никелевые микродиски, покрытые золотом и имеющие ДНК-аптамеры (синтетически одноцепочечные молекулы, способные связываться с лигандами). ДНК-аптамер состоит из трех участков: двух константных (взаимодействуют с праймером) и одного вариабельного, служащего для связывания с лигандом. Иммобилизацию аптамера на поверхности наночастицы произвели через тиоловые праймеры. SH-группы праймеров  взаимодействуют с поверхностью наночастицы, а олигонуклеотидная часть праймера связывается с аптамером. [8, с. 2] Мышей помещали в магнитное поле на 10 минут, в результате чего происходило вращение дисков. Связывание ДНК-аптамеров с мембранными белками вызывало разрушение клеточной мембраны с гибелью клеток с последующим апоптозом.

Исследования показали, что наночастицы можно генерировать внутри клеток, а не вводить готовые. Учеными из Хьюстона был создан генератор (iNPG) -дискоидальная частица с размером в 1 микрометр, в который поместили P-Dox. [5, с. 2] P-Dox- полимерный препарат, полученный в результате конъюгации  доксорубицина с поли (1-глутаминовой кислотой) с помощью чувствительного к рН расщепляемого линкера. Генератор с химиопрепаратом вводили внутривенно. Комплекс iNPG-pDox состоит из пористых частиц кремния. Выбор кремния не случаен, так как выяснено, что именно кремний обладает самым высоким терапевтическим эффектом. Исследователи из МГУ использовали  метод романовской микро-спектроскопии, позволяющей сканировать живые клетки и получать информацию о местонахождении наночастиц. В результате обнаружено, что наночастицы из золота, кадмия, титана способны длительное время накапливаться в тканях  и наносить токсический вред организму.[7, с. 1933] В отличие от них пористые кремниевые наночастицы спустя две недели полностью растворяются в тканях. Таким образом не наносят вреда организму  и даже, как отмечено, могут приносить пользу, так как продуктом распада является кремниевая кислота, роль которой заключается в укреплении костей и росте соединительной ткани.

После прохождения через все биологические барьеры и попадания в опухолевую клетку, происходит выделение P-Dox из генератора и формирование наночастицы. Под действием pH в перинуклеарном пространстве благодаря имеющемуся линкеру отщепляется и активируется доксорубицин и действует на «сердце» рака. Итог исследования: у 40-50 % мышей исчезли метастазы после 8 месяцев данной терапии.

Особо следует отметить белок p53- «страж порядка». Функция данного белка - контроль за состоянием ДНК клеток.[4, с. 304] При возникновении генетических повреждений активизируется белок, ведущий к процессам репарации, к остановке клеточных делений, апоптозу. При онкозаболеваниях нарушается структура гена, ведущая к  функциональному расстройству белка и, как следствие, мутациям, активному делению онкогенных клеток. Особенность опухолевых клеток-наличие фермента теломераза (в норме активен лишь в эмбриональных тканях),  который обеспечивает пролиферацию опухолевых клеток, избегая апоптоза. Таким образом, p53 выполняет роль супрессора опухолей.

В 2013 году учеными из Америки, имеющих русское происхождение, был разработан препарат кураксин на основе противомалярийного лекарства - квинакрина (акрихина в России).

И только, получив финанасирование от РФ, в 2016 году было проведено исследование на моделях аденокарциномы толстой кишки. [2, с.67]Кураксин CBL0137 встраивается в ДНК, стабилизирует комплекс FACT (хроматин - ремоделирующий белковый комплекс) и  бьет по двум мишеням:

1. Активирует белок p-53. (путем фосфолирирования cерина  киназой C2)
2. Ингибирует NFkB сигнальный путь

Данный путь ведет к активации COX2 (циклооксигеназы), в результате чего повышается уровень арахидановой кислоты, которая служит источником для простагландинов. Особенно повышается уровень PGE_2, приводящий к воспалительным реакциям, метастазированию, нарушению апоптоза.

В ходе исследования был выявлен цитотоксический эффект,  результатом чего стало замедление опухолевого роста и продление жизни подопытным. [2, с. 71]

Исследования лечения рака показывают обнадеживающие результаты. Наномедицина - быстро развивающаяся парадигма, которая открывает большие возможности в лечении рака. Настанет время, когда все открытия воплотятся в жизнь, когда люди смогут избавиться о рака за считанные минуты. Внедрение нанотехнологий в жизнь станет революцией не только онкологии, но и всей медицины.

Список литературы:

1. Зиганшин А.У., Зиганшина Л.Е.  Наночастицы: фармакологические надежды  и токсикологические проблемы//Казанский медицинский журнал.-2008.-№1.-с.1-7.
2. Fetisov T.I. Antitumor effect of the curaxin CBL0137 on the models of colon cancer// Advances in molecular oncology.-2016.-№3.-p.67-72.
3. Jeffrey H.  Preclinical Development and Clinical Translation of a PSMA-Targeted Docetaxel Nanoparticle with a Differentiated Pharmacological Profile// Science Translational Medicine.-2012.-№4.-p.32-36.
4. Patricia A.J. Muller1, Karen H. Vousden. Mutant p53 in Cancer: New Functions and Therapeutic Opportunities// Cancer Cell.-2014.-№25.-p.304-317.
5. Rong X., Guodong Zh., Junhua M. An injectable nanoparticle generator enhances delivery of cancer therapeutics//  Nature Biotechnology.- 2016.-№ 34.-p.1-5.
6. Shi J, Kantoff PW, Wooster R, Farokhzad OC. Cancer nanomedicine: progress, challenges and opportunities //The Medical Journal of Australia. - 2015.- 203 (5). –p.204-205.
7.  Tolstik E. . Studies of silicon nanoparticles uptake and biodegradation in cancer cells by Raman spectroscopy// Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine.-2016.-№7.-p.1931-1940.
8. Zamay T.N., Zamay AL. Noninvasive Microsurgery Using Aptamer-Functionalized Magnetic Microdisks for Tumor Cell Eradication// Nucleic acid therapeutics.-2016.-p.1-10