Магнитные наночастицы в лечении онкологии

Ученые из компании Nanoprobes, Inc. утверждают, что магнитные наночастицы могут вылечить рак всего за одно лечение. Их результаты публикуются в Международном журнале наномедицины.

Однако преобразование теории в науку оказалось несколько более сложной задачей.

Одним из главных препятствий, с которым столкнулись ученые, было то, что количество железа, необходимое для лечения рака, было токсичным для организма. И хотя ученые пытались преодолеть это путем введения железа непосредственно в опухоль, они обнаружили, что любые упущенные ими области неизбежно вырастут обратно.

Доктор Хайнфельд, один из пионеров нанотехнологии, решил взглянуть на проблему под другим углом. Вместо того, чтобы искать более точный способ впрыскивания железа, он решил изменить саму суть частиц железа.

Совместно со своим коллегой Хуи Хуангом ученые в течение 6 лет разрабатывали наночастицу с железным сердечником и биосовместимой оболочкой. Это может быть введено в кровоток без побочных эффектов.

Опухоли должны расти быстро, и для этого ученые считают, что они стимулируют выработку сосудов. Одним из побочных эффектов ускоренного производства является то, что новые сосуды имеют тенденцию к протечкам, а также отсутствие эффективного лимфатического дренажа.

Зная это, доктор Хейнфельд определил размер частиц железа специально для проникновения в опухоль. Еще одним преимуществом этой процедуры является то, что наночастицы обнаруживают раковые клетки в любом месте тела, даже если они метастазировались или распространились на другие органы в организме.

И, что особенно важно, поскольку магнитные поля проходят через все тело человека, наночастицы нагревают также и недоступные ранее глубокие опухоли.

Когда наночастица была наконец готова к испытаниям, ее железный сердечник был заключен в биосовместимый корпус, который был достаточно большим, чтобы позволить центру вращаться, но при этом оставлял достаточно места для проскальзывания через протекающие кровеносные сосуды. У него также были длинные полимерные пряди, чтобы держать его подальше от печени.

Затем ученые вводили наночастицы в кровоток мышей, пораженных раком. Животные не проявили отрицательной реакции на инъекции, что свидетельствует о том, что ученые преодолели проблему с токсичностью железа.

Ученые отмечают, что частицы скапливались в опухолях — примерно в 16 раз превышая концентрацию окружающих здоровых тканей.

Коэффициент успеха у мышей от 78% до 90%.

Доктор Хайнфельд и Хуанг утверждают, что процент успеха у мышей составляет 78-90%.

Работая в сотрудничестве с доктором Генри Смиловицем из Центра здоровья Университета Коннектикута, пара также продемонстрировала отличные результаты в лечении рака мозга in vivo.

Работа доктора Хайнфельда и Хуанга была признана национальными институтами здравоохранения, и в настоящее время они проводят дополнительные лабораторные тесты в рамках подготовки к утверждению FDA.

Исследователи из MIT ранее использовали наночастицы для доставки химиотерапевтических препаратов в пораженные районы, в то время как наночастицы невидимости могут быть эффективными при лечении лекарственно-устойчивых форм рака молочной железы.

ТАСС, 6 марта. Российские ученые создали новый тип наночастиц на основе железа, цинка и марганца, которые могут "выжигать" раковые опухоли при взаимодействии с магнитным полем и при этом не убивать здоровые клетки. Об этом пишет пресс-служба Университета ИТМО со ссылкой на статью в Journal of Sol-Gel Science and Technology.

"Наши наночастицы не оказывают токсичного воздействия на организм, и при правильном соотношении марганца и цинка мы смогли добиться нагрева в терапевтически значимом диапазоне температур 42-45 °C. В таком случае опухоль уже начинает деградировать, но при этом нагрев относительно безвреден для здоровых тканей", – рассказал один из авторов работы, физик из Университета ИТМО Василий Баланов.

За последнее десятилетие ученые создали несколько принципиально новых методов лечения рака и других болезней, которые основаны на действии различных органических или неорганических наночастиц. В некоторых случаях эти структуры участвуют непосредственно в уничтожении опухоли или ликвидации источника болезни. Они служат своеобразными "мишенями", на которые наводятся или иммунные клетки, или излучение лазера.

В других, как отмечают авторы открытия, наночастицы служат лишь средством доставки лекарств и токсинов в опухоль. Благодаря этому врачи могут сделать работу этих веществ эффективнее и снизить их дозу. Роль подобных "контейнеров" для доставки препаратов могут играть самые разные органические структуры, которые имитируют клетку, а также неорганические соединения, "невидимые" для иммунитета.

"Выжигатель" опухолей

Экспериментируя с наноструктурами из различных соединений железа, Баланов и его коллеги создали новый тип наночастиц такого рода. Их отличительная черта – избирательный характер действия. Железные наночастицы давно считаются одним из самых перспективных способов борьбы с опухолями, так как они относительно безвредны для организма и их можно использовать для "выжигания" раковых клеток как при помощи света, так и при помощи магнитных полей.

Первые опыты на животных и культурах клеток показали, что хотя это "выжигание" очень эффективно, но у него достаточно серьезные побочные эффекты. Они связаны с тем, что количество тепла, которое вырабатывают наночастицы, достаточно сложно контролировать. Если они будут выделять слишком много энергии, то тогда начинают повреждать не только опухоль, но и соседние здоровые ткани.

Российские физики нашли остроумное решение для этой проблемы, обратив внимание на то, что магнитные свойства многих материалов сильно зависят от температуры окружающей среды. В частности, при нагреве определенных веществ до точки, которую физики называют "температурой Кюри", сила их взаимодействия с магнитными полями резко падает. В случае с наночастицами нагрев просто остановится на определенной температуре.

Руководствуясь этой идеей, исследователи для производства наночастиц подобрали такой магнитный материал, который терял бы свои свойства при нагреве до 40-60 °C. Оказалось, что для этой цели подходят материалы, похожие по своему химическому устройству на ферриты, соединения окиси железа и других металлов, которые сегодня широко используются при производстве фильтров в электронике.

Российские исследователи синтезировали пробную партию наночастиц из смеси окиси железа, марганца и цинка и подтвердили, что магнитные поля не нагревают их до температур выше, чем 45 °C. Сейчас ученые готовятся к экспериментам на культурах клеток и на подопытных животных, что необходимо для начала клинических испытаний на добровольцах.

Ученые разработали методику, в которой железные наночастицы излечивают рак всего за одно лечение. Эти данные опубликованы в журнале "Наномедицина". Команда, возглавляемая доктором Джеймсом Хайнфельдом, утверждает, что инъекции, содержащих железо наночастиц, а затем их нагревание в течение 3 минут с помощью электромагнитного поля "полностью вылечивает" подопытных животных от рака. Идея удивительно проста. Когда вы поместите железные частицы в переменное электромагнитное поле, они будут вращаться назад и вперед, производя сильное тепло. Так что, если вы можете доставить достаточно частиц железа в опухоль, можно на самом деле "жарить" рак. Однако, перевести теорию в практику как всегда,оказалось трудно.

Одним из главных препятствий о которое ученые споткнулись, то что количество железа, необходимого для лечения рака было токсичным для организма. И пока ученые пошли по пути преодоления проблемы за счет очень точных, экономных инъекций железа в раковую ткань, они выяснили, что в каких-либо областях они пропускают больные ткани и опухоль неизбежно вырастает. Доктор Хайнфельд, один из пионеров нанотехнологий, посмотрел на проблему с другого ракурса. Вместо поиска подходящего метода введения железа, он решил изменить сами нагреваемые частицы. У ученых ушло 6 лет разработки наночастиц с железным сердечником и биосовместимой оболочкой. Они могут быть впрыснуты в кровь без негативных последствий.

Эффект увеличенной проницаемости и удерживания

Раковые опухоли растут быстро, и чтобы добиться этого, ученые считают, они стимулируют появление новых кровеносных сосудов. Результатом их ускоренного образования является их низкое качество, новые сосуды имеют тенденцию быть дырявыми - и в них отсутствует эффективный лимфодренаж. Это явление было известно ранее. Дырявые сосуды позволяют частицам накапливаться в опухоли, при этом отсутствие эффективного лимфодренажа позволяет им оставаться там более длительно, чем в здоровых тканях. Зная это, Доктор Хайнфельд создал частицы размером соответствующие трещинам в этих сосудах, что позволяет им конкретно просачиваться в опухоли.

Еще одним преимуществом этого лечения является то, что наночастицы будут находить раковые клетки по всему телу, даже если они имеют удаленные метастазы в организме. Биосовместимая оболочка также имеет длинные линейные полимеры, чтобы удерживать её в печени. Для проверки исследователи вводили наночастицы в кровоток мышей, больных раком. Животные не проявили никакой негативной реакции на инъекции, показывая, что ученым удалось преодолеть проблему токсичности. Результаты показывают, что частицы накапливаются в опухоли - приблизительно в 16-кратной концентрации по сравнению с окружающими здоровыми тканями.

В итоговом тесте эксперимента животные были повергнуты высокочастотному переменному магнитному полю. Инфракрасными датчиками измерялась температура внутри опухоли, ученые считают, что подняли температуру достаточно высоко, чтобы "растопить" опухоль, оставляя окружающие ткани прохладными и невредимыми. Показатель успеха между 78% и 90%. После 3-минутного лечения, ученые говорят, что опухоли были полностью уничтожены, "с хирургической точностью". Работа Доктора Хайнфельда была признана национальными институтами здоровья, сейчас он проводит дополнительные лабораторные тесты для подготовки к одобрению FDA.

Ученые из Массачусетского Технологического Института (Massachusetts Institute of Technology, сокращенно MIT, США) создали наночастицы, которые стимулируют противоопухолевый иммунитет и повышают эффективность иммунопрепаратов из группы ингибиторов контрольных точек.

Иммунотерапия — современное направление в лечении рака, которое предполагает использование ресурсов иммунной системы для уничтожения опухолевых клеток. Особенно успешно применяются иммунопрепараты из группы ингибиторов контрольных точек. Они помогают повысить выживаемость пациентов с поздними стадиями рака. Проблема в том, что у части онкобольных эти препараты неэффективны.

Специалисты из MIT создали наночастицы, которые стимулируют иммунитет, и вводили их мышам с искусственно вызванными злокачественными опухолями в комбинации с ингибиторами контрольных точек. Эффективность такого лечения оказалась значительно выше, чем терапия ингибиторами контрольных точек без наночастиц.

Доктор Колин Басс (Colin Buss), ведущий автор исследования, отмечает:

Эти методы лечения [иммунотерапия ингибиторами контрольных точек] хорошо работают у небольшой части пациентов, а у других пациентов они вообще не работают. На данный момент не совсем понятно, почему существует такая большая разница.

Ученые надеются, что созданные ими наночастицы в будущем помогут повысить эффективность иммунопрепаратов.

Наночастицы представляют собой упакованные небольшие отрезки ДНК. Они активируют иммунную реакцию против опухолевых клеток и, таким образом, работают в синергии с ингибиторами контрольных точек.

Отключить тормоза

Предыдущие клинические исследования с олигонуклеотидами не увенчались успехом, потому что эти молекулы плохо достигают раковых клеток и не накапливаются в опухолевой ткани. Специалисты из MIT упаковали фрагменты ДНК в пептиды, которые могут специфически присоединяться к раковым клеткам и проникать в них.

Два препарата усиливают друг друга

Ученые провели эксперименты на мышах с разными типами злокачественных опухолей. Животных поделили на три группы, в которых проводили разное лечение:

1. Только ингибиторами контрольных точек.
2. Только наночастицами с олигонуклеотидами.
3. Комбинацией двух препаратов.

Наилучшие результаты получились в группе, где применяли сразу два препарата.

Далее исследователи решили проверить, можно ли лечить таким способом рак с метастазами. Мышам имплантировали по две опухоли в разные части тела, затем им вводили системно ингибиторы контрольных точек, а наночастицы — локально только в одну из опухолей. После этого активированные успешно уничтожали и второе новообразование. То есть, стимулируя иммунитет только в одном месте, можно получить системный ответ.

Теперь, когда эффективность наночастиц доказана, нужно проверить их безопасность. После этого, если испытания пройдут успешно, можно будет планировать клинические испытания с участием онкологических больных. Специалисты из MIT надеются, что их разработка поможет пациентам, у которых неэффективна терапия ингибиторами контрольных точек.

В Европейской клинике применяются все новейшие иммунопрепараты, зарегистрированные на территории России. Мы закупаем только оригинальные лекарственные средства с доказанной эффективностью у ведущих производителей. Все иммунопрепараты в наличии, лечение может быть начато в кратчайшие сроки после поступления пациента в клинику.