«Это удивительно полезные частицы», – отметил соавтор исследования Юаньпей Ли, научный сотрудник лаборатории Лам. "В качестве контрастного вещества они облегчают распознавание опухолей на МРТ и других снимках. Мы также можем использовать их в качестве средств доставки химиотерапии непосредственно к опухолям; применять свет, чтобы наночастицы высвобождали синглетный кислород (фотодинамическая терапия), или использовать лазер для их нагрева (фототермическая терапия) – все проверенные способы уничтожения опухолей."
Джессика Такер, программный директор отдела доставки лекарств и генов и устройств в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии, который является частью Национального института здравоохранения, сказала, что подход, изложенный в исследовании, позволяет сочетать как визуализацию, так и терапевтические приложения в единая платформа, чего было трудно достичь, особенно в органическом и, следовательно, биосовместимом транспортном средстве.
«Это особенно ценно при лечении рака, где так важно целенаправленное лечение опухолевых клеток и снижение летальных эффектов в нормальных клетках», – добавила она.
Хотя это и не первые наночастицы, они могут быть самыми универсальными.
Другие частицы хороши для одних задач, но не для других. Неорганические частицы, такие как квантовые точки или материалы на основе золота, хорошо работают в качестве диагностических инструментов, но имеют проблемы с безопасностью.
Органические зонды биосовместимы и могут доставлять лекарства, но не имеют приложений для визуализации или фототерапии.
Созданные на основе полимера порфирина / холевой кислоты, наночастицы просты в изготовлении и хорошо работают в организме. Порфирины – обычные органические соединения. Холевая кислота вырабатывается печенью.
Базовые наночастицы имеют ширину 21 нанометр (нанометр составляет одну миллиардную метра).
Чтобы еще больше стабилизировать частицы, исследователи добавили аминокислоту цистеин (создающую CNP), которая не позволяет им преждевременно высвобождать свою терапевтическую нагрузку при воздействии белков крови и других барьеров. На 32 нанометрах CNP имеют идеальный размер, чтобы проникать в опухоли, накапливаться среди раковых клеток, сохраняя при этом здоровые ткани.
В ходе исследования команда проверила наночастицы как in vitro, так и in vivo, для решения широкого круга задач. С терапевтической точки зрения CNP эффективно переносят противораковые препараты, такие как доксорубицин.
Даже при нахождении в крови в течение многих часов CNP выделяют лишь небольшие количества препарата; однако при воздействии света или таких агентов, как глутатион, они легко высвобождали свои полезные нагрузки. Возможность точно контролировать высвобождение химиотерапевтических препаратов внутри опухолей может значительно снизить токсичность.
CNP, несущие доксорубицин, обеспечивают превосходный контроль рака у животных с минимальными побочными эффектами.
CNP также могут быть настроены так, чтобы реагировать на свет, производя синглетный кислород, реактивные молекулы, которые разрушают опухолевые клетки. Они также могут выделять тепло при попадании лазерного света. Примечательно, что CNP могут выполнять любую задачу при воздействии света одной длины волны.
CNP предлагают ряд преимуществ для улучшения визуализации. Они легко хелатируют агенты визуализации и могут оставаться в организме в течение длительного времени.
В исследованиях на животных CNP скапливались в опухолях, что облегчало их считывание на МРТ. Поскольку CNP накапливаются в опухолях, а не в нормальных тканях, они значительно увеличивают контрастность опухоли для МРТ, а также могут быть многообещающими для сканирования ПЭТ-МРТ.
Эта универсальность предоставляет врачам множество возможностей, так как они сочетают и подбирают приложения.
«Эти частицы могут сочетать визуализацию и терапию», – сказал Ли. "Мы потенциально могли бы использовать их для одновременного предоставления лечения и контроля его эффективности."
«Эти частицы также можно использовать в качестве оптических датчиков для хирургии под визуальным контролем», – сказал Лам. «Кроме того, они могут использоваться как сильнодействующие фотосенсибилизирующие агенты для интраоперационной фототерапии."
Хотя первые результаты обнадеживают, предстоит еще долгий путь, прежде чем CNP смогут войти в клинику. Лаборатория Лам и ее сотрудники будут проводить доклинические исследования и, если все пойдет хорошо, приступить к испытаниям на людях.
А пока команда в восторге от этих возможностей.
«Это первая наночастица, которая выполняет так много разных задач», – сказал Ли. «От проведения химиотерапии, фотодинамической и фототермической терапии до улучшения диагностической визуализации – это полный пакет."