Исследователи Института биофизики будущего МФТИ разработали инновационный класс наночастиц — таргосомы — для терапии и диагностики онкозаболеваний. Наночастицы прошли лабораторные испытания на грызунах. Эффективность уничтожения опухоли составила более 90%. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном издании Journal of Controlled Release.
В настоящее время рак является одной из ведущих причин смертности во всем мире, и хотя в разработке новых методов лечения достигнут значительный прогресс, хирургическое вмешательство и/или химиотерапия продолжают оставаться одними из основных стратегий лечения. Существенным недостатком химиотерапии является неспецифичность данного метода. В организм пациента системно поступает большое количество низкомолекулярного токсичного соединения, которое наносит вред не только раковым, но и нормальным клеткам. Это приводит к серьезным побочным эффектам (тошнота, рвота, нарушения пищеварения), связанными с гепатотоксичностью, почечной токсичностью, кардиотоксичностью и другими нежелательными явлениями.
В задачи современной науки входит разработка противораковых соединений, которые были бы не только цитотоксичны по отношению к раковым клеткам, но и лишены недостатков системных методов введения. Большая работа ведется в области разработки соединений, реализующих концепцию адресной доставки к определенным типам клеток, например за счет специфических взаимодействий с онкомаркерами — рецепторами на поверхности раковых клеток.
Наиболее перспективной платформой для создания адресных средств онкотерапии являются наноструктуры различной природы, особенно полимерные, на основе сополимера молочной и гликолевой кислот (PLGA), ввиду исключительной биосовместимости и полной биоразлагаемости. Такие наноструктуры могут быть загружены как контейнеры самым широким спектром соединений различной природы, а их поверхность оснащена распознающими элементами для адресной доставки к клеткам-мишеням.
Но любая онкотерапия осложняется тем, что раковые клетки обладают сильной изменчивостью и высокой скоростью мутаций, что позволяет им довольно легко приобретать устойчивость к различным методам воздействия. Это стимулирует фармацевтику к созданию систем, обладающих комплексом различных механизмов цитотоксичности, для достижения максимального эффекта.
Для решения этих сложных задач ученые МФТИ разработали универсальную наноплатформу — таргосомы. Это первые целевые наноносители на основе сополимера молочной и гликолевой кислот для диагностики и химиофототерапии высокоагрессивных HER2-сверхэкспрессирующих опухолей. HER2 — это мембранный белок семейства рецепторов эпидермального фактора роста человека, который часто сверхэкспрессируется при раке молочной железы. Его связывают с высоким метастатическим потенциалом опухоли, большим риском рецидива и низкой выживаемостью пациентов.
«Мы провели большую исследовательскую и экспериментальную работу. В итоге была продемонстрирована успешная визуализация опухоли и отдаленных метастазов на примере таргосом, загруженных одновременно флуоресцентным красителем для диагностики, фотосенсибилизатором и химиопрепаратом. Они были нацелены на клинически значимый онкомаркер HER2. Эффективность уничтожения опухоли составила более 90%.
Именно комбинированное воздействие разными механизмами цитотоксичности: химиотерапевтическим препаратом, иринотеканом и фотосенсибилизатором при подключении внешнего источника ИК-излучения — позволило достичь такой высокой терапевтической эффективности при лечении опухолей лабораторных грызунов», — рассказала о проекте Виктория Шипунова, заведующий лабораторией биохимических исследований канцерогенеза МФТИ.
Этот метод объединяет несколько функций на одной наноплатформе. Инкапсуляция препарата в наночастицы улучшает его действие и поглощение организмом, одновременно снижая системную токсичность. Кроме того, модификация поверхности наночастиц целевыми молекулами обеспечивает точную адресную доставку лекарств и их улучшенное распределение по организму. Наночастицы на основе полимера PLGA выделяются высокой эффективностью инкапсулирования лекарств. Ряд препаратов на его основе уже одобрен в США для терапевтического и диагностического применения.
Наночастицы продемонстрировали 7-кратное увеличение связывания и почти 18-кратное увеличение цитотоксичности для клеток со сверхэкспрессией HER2 по сравнению с клетками, не обладающими экспрессией HER2. Это усиление цитотоксичности под воздействием излучения инфракрасного спектра возрастало более чем в 20 раз. Исследования in vivo доказали эффективность наночастиц для визуализации участков первичной опухоли и метастазов и продемонстрировали подавление роста опухоли на 93%, что делает эти наночастицы отличными кандидатами для перевода в терапевтическое применение.
«Мультимодальные биосовместимые таргосомы являются препаратами медицины будущего, поскольку могут быть настроены на индивидуальные особенности каждого пациента. Это реальная основа для разработки лекарств персонализированной медицины. Уникальное сочетание в одной адресной платформе химиотерапии, диагностических и фототерапевтических свойств позволит достичь высокой эффективности в терапии и диагностике различных видов онкологических заболеваний», — полагает Елена Комедчикова, аспирант лаборатории биохимических исследований канцерогенеза МФТИ, первый автор работы.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (проекты №№075-03-2023-106, FSMG-2023-0015 и FSMG-2023-0017) и Российского научного фонда (№19-14-00112 и №22-73-10141).
Основная часть исследования выполнена Еленой Комедчиковой и Ольгой Колесниковой под руководством Максима Никитина, заведующего лабораторией нанобиотехнологий МФТИ, научного руководителя направления «Нанобиомедицина» Университета «Сириус» и заведующей лабораторией канцерогенеза МФТИ Виктории Шипуновой.
Институт биофизики будущего создан в ФБМФ МФТИ и объединяет 17 лабораторий. Его задача — проведение исследований по управлению здоровьем человека для эффективной профилактики заболеваний на молекулярном уровне с использованием современных биофизических и омиксных технологий. Стать участником таких исследований можно, поступив в бакалавриат, магистратуру или аспирантуру ФБМФ МФТИ.