14:17

Инженеры-химики MIT создали наночастицы, «раздевающиеся» для раковых опухолей


Внешний слой этой наночастицы (желтый) «спадает» с нее в кислой среде. (Рис. Stephen Morton)

Инженеры-химики Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) разработали новый тип наночастиц для доставки лекарственных препаратов. Механизм действия этих наночастиц основан на общей почти для всех раковых опухолей особенности: кислотность опухолевой ткани выше, чем здоровой.

Мишенью таких частиц может быть опухоль практически любого типа, и они способны нести практически любой тип лекарственных препаратов, объясняет Пола Хэммонд (Paula Hammond), научный сотрудник Института интегративных исследований рака Дэвида Коха (David Н. Koch Institute for Integrative Cancer Research) при Массачусетском технологическом институте и старший автор статьи, опубликованной в журнале ACS Nano.

Научный сотрудник Института интегративных исследований рака профессор химической инженерии MIT Пола Хэммонд (Paula Hammond). (Фото: Dominick Reuter)

Как и большинство других частиц для доставки лекарственных препаратов, новые разработанные в MIT частицы покрыты полимерной оболочкой, защищающей их от разрушения в крови. Однако ученые из MIT добились того, что этот «плащ» спадает с частицы, как только она попадает в окружающую опухоль среду с несколько более высоким уровнем кислотности. Находящийся под полимерным покрытием слой обнажается и позволяет частице проникать в отдельные опухолевые клетки. По данным, приведенным в статье в ACS Nano, в организме мышей такие частицы циркулируют в крови 24 часа, накапливаются вблизи опухоли и проникают в ее клетки.

Новый подход, используемый инженерами из MIT, отличается от принятых большинством разработчиков наночастиц. Как правило, ученые стараются сделать опухоль мишенью, оснастив свои частицы молекулами, специфически связывающимися с белками на поверхности раковых клеток. Проблема такой стратегии заключается в сложности нахождения правильной мишени – молекулы, представленной на всех раковых клетках конкретной опухоли, но не на здоровых клетках. Кроме того, мишень, подходящая для лечения одного типа рака, вполне может оказаться бесполезной при лечении другого.

Хэммонд и ее коллеги решили воспользоваться свойством более высокой кислотности опухоли, являющимся побочным продуктом ее усиленного метаболизма. Опухолевые клетки растут и делятся гораздо быстрее нормальных, и такая метаболическая активность требует большого количества кислорода, повышающего кислотность. По мере роста опухоли ткань становится все более и более кислой.

Для создания своих целевых частиц ученые использовали технологию, известную как «послойная сборка» (layer-by-layer assembly). Это означает, что каждый слой может быть «запрограммирован» на выполнение определенной функции. После разрушения в кислой среде опухоли внешнего слоя из полиэтиленгликоля (PEG) начинает действовать положительно заряженный средний слой наночастицы. Электрический заряд этого слоя помогает преодолеть еще одно препятствие на пути адресной доставки лекарственного препарата: наночастице трудно попасть внутрь клеток, но положительные заряды на ее поверхности помогают ей проникнуть в отрицательно заряженную клеточную мембрану. Однако такие частицы нельзя вводить в организм без своего рода «плаща», потому что в противном случае они разрушат и здоровые ткани.

Внутренний слой наночастицы может быть полимером, несущим противораковый препарат, или квантовой точкой, используемой для визуализации, или практически всем, что разработчик считает нужным доставить в раковую клетку, объясняет Пола Хэммонд, являющаяся также профессором химической инженерии MIT.

Попытки разработать наночастицы, использующие кислотность опухоли, предпринимаются и другими учеными, но профессор Хэммонд сумела первой успешно провести испытания на животных.

Профессор онкологии и фармакологии Юго-западного медицинского центра Техасского Университета (University of Texas Southwestern Medical Center) Джинминь Гао (Jinming Gao) считает использование послойной сборки для создания частиц с защитным слоем, разрушающимся при достижении опухоли, очень умным решением. «Это хорошее доказательство концепции», – говорит Гао, не принимавший участия в разработке наночастицы. «Этот метод может стать общей стратегией усовершенствования доставки лекарств с использованием в качестве мишени кислого микроокружения опухоли».

Полимерное покрытие (светло-синее) разрушается при приближении частицы к опухоли. Положительные заряды среднего слоя способствуют поглощению наночастицы клеточной мембраной и ее попаданию внутрь клетки.
(Рис. Stephen Morton)

Ученые планируют продолжить работу над своими наночастицами и проверку их способности доставлять препараты на животных. По словам Хэммонд, для перехода к клиническим испытаниям потребуется 5–10 лет работы.

Сейчас группа профессора Хэммонд занимается созданием наночастиц, способных доставлять несколько полезных грузов. Например, внешний полиэтиленгликолевый слой мог бы нести какой-либо лекарственный препарат или ген, которые сделали бы опухолевые клетки более восприимчивыми к препарату, находящемуся в ядре наночастицы.

Аннотация к статье Layer-by-Layer Nanoparticles with a pH-Sheddable Layer for in Vivo Targeting of Tumor Hypoxia

Источник


Просмотров: 1237
Рейтинг: 5.0/1
Добавлено: 06.05.2011

Темы: для раковых опухолей, Инженеры-химики, наука, нанотехнологии, медицина, создали наночастицы, MIT
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]