Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН получили магнитные наночастицы для использования в качестве контраста для диагностики опухоли методом МРТ. Дополнив частицы противораковыми препаратами, можно адресно доставлять их в определённую часть организма, что сделает лечение менее токсичным и сконцентрирует лекарство прямо в опухоли. Эффективность подхода подтверждена in vitro. Статья об этом опубликована в журнале Magnetochemistry.

«Сами магнитные наночастицы мы получили простым и дешёвым методом: осаждением из раствора. С ним может справиться даже школьник. Для такой работы практически ничего не нужно, кроме плитки, мешалки и растворов двух солей. Кроме того, здесь не используются токсичные реагенты, что важно для применения в биомедицине», — рассказала заведующая лабораторией биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Елена Владимировна Дмитриенко.

Сами по себе магнитные частицы склонны к агрегации в жидкостях: они слипаются друг с другом в более крупные образования разных форм и объёмов. Однако наночастицы для биомедицины должны обладать рядом критериев: быть определённого размера (до 200 нанометров), обладать монодисперсностью (то есть все частицы в растворе должны быть одного размера) и биосовместимостью, а также оставаться стабильными в физиологических условиях.

«Наша работа была направлена на покрытие этих наночастиц веществом, которое предотвращало бы их агрегацию, сохраняя при этом магнитные свойства», — объясняет Елена Дмитриенко. Ещё одним немаловажным аспектом стало снижение токсичности наночастиц: так как магнитные наночастицы представляют собой оксид железа, то могут вступать в окислительно-восстановительные реакции и тем самым генерировать токсичные активные формы кислорода. Чтобы решить эти задачи, исследователи покрыли магнитные наночастицы жирными кислотами. «Жирные кислоты оказались хороши не только тем, что обволакивают частицы и мешают им слипаться, у них также есть кислотная группа с отрицательным зарядом, которая обеспечивает дополнительное отталкивание частиц друг от друга в жидкости», — поясняет Елена Дмитриенко.

В качестве контрастного препарата частицы сравнивались по показателям с широко применяемым сейчас препаратом «Гадовист». Они показали сходную с ним эффективность, а также меньшую токсичность для клеток с учётом концентрации, необходимой для проведения МРТ.

«Жирные кислоты также были хороши для другой нашей задачи: мы хотели в перспективе загружать частицы противораковым препаратом доксорубицином, чтобы затем они постепенно высвобождали его в опухоли, то есть использовались бы как доставка лекарства и депо для него», — рассказала Елена Дмитриенко. Доксорубицин известен и применяется давно для разных видов опухолей, однако, как и другие виды химиотерапии, он токсичен, а кроме того, достаточно быстро выводится из организма. Доставка с помощью магнитных частиц позволит сократить дозу препарата и обеспечить постепенное его высвобождение.

Магнитные свойства частиц также позволяют концентрировать их в опухоли с помощью постоянного магнитного поля, а воздействие переменного магнитного поля способно разогревать ткани, вызывая локальный перегрев с последующей гибелью раковых клеток. Метод подходит для опухолей, локализованных там, где возможна такая манипуляция, однако их потенциальный список достаточно широк: например, колоректальный рак, меланома, рак прямой кишки, рак шейки матки, рак простаты и другие.

При этом наночастицы могут использовать для попадания в опухоль так называемый пассивный транспорт. «Из-за того, что опухоль очень быстро наращивает вокруг себя кровеносные сосуды, они получаются дефектные, то есть в них существуют просветы и полости, которых в обычных сосудах нет. Наночастицы же хорошо проникают в эти дефекты», — поясняет Елена Дмитриенко.

Ещё один аспект, который интересовал исследователей, — взаимодействие магнитных наночастиц с другими белками и компонентами крови. Здесь могут быть как негативные последствия (если, например, белок приведёт к агрегации частиц в кровотоке, что вызовет закупорку сосудов), так и позитивные, если белок сможет доставлять частицы к опухоли или маскировать их.

«Мы изучили взаимодействие с альбумином, транспортным белком-переносчиком жирных кислот, и это, кстати, ещё одна причина, почему мы выбрали именно их: чтобы покрыть наночастицы, жирные кислоты должны были приманивать альбумин. У него есть большие гидрофобные „карманы“, в которые он загружает всё, что ему необходимо, и несёт к месту требования. Опухоль, в свою очередь, активно накапливает альбумин как питательное вещество, соответственно, если он принесёт в „кармане“ доксорубицин, то она и его накопит», — объясняет Елена Дмитриенко.

Таким образом, специалисты синтезировали наночастицы и придумали для них покрытие, которое стабилизировало их от агрегации, защищало от высвобождения свободных ионов железа (приводящих к формированию активного кислорода), при этом обеспечило эффективное прикрепление к противораковому препарату и белку крови  альбумину для более эффективной транспортировки всей конструкции к опухоли. Проведённая работа — часть цикла исследований наночастиц, в котором учёные рассматривали синтез наночастиц для доставки терапевтических агентов (в частности, олигонуклеотидов), синтез магнитных наночастиц с повышенной ёмкостью для того, чтобы улавливать в пробах нуклеиновые кислоты, стабилизацию поверхности магнитных частиц для доставки противораковых препаратов на примере доксорубицина и ряд других задач. Доклад о работах с наночастицами был представлен на конференции «Современные вызовы молекулярной биологии».

Исследование поддержано в рамках государственного задания ИХБФМ СО РАН № 125012300656-5. Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Текст: Юлия Позднякова.
Источник: «Наука в Сибири».