Нанотерминаторы выходят на борьбу с раком

Исследователи университета Северной Каролины разработали и успешно протестировали на животных новую систему доставки препаратов, использующую биоразлагаемый жидкий металл для прицельного воздействия на раковые клетки. 

По словам руководителя исследования доцента Чженя Гу (Zhen Gu), достижением проведенной работы является то, что предложенная методика способна повышать эффективность доставляемых препаратов, помогать врачам определять локализацию опухоли, а необходимый для ее проведения материал может производиться большими партиями и при этом является полностью биоразлагаемым и очень низкотоксичным. 

Для создания своих так называемых «нанотерминаторов» авторы помещают жидкий металл (сплав галлия и индия) в раствор, содержащий два типа молекул, известных как полимерные лиганды. После этого раствор нагревается с помощью ультразвука, что заставляет жидкий металл взрываться с формированием нанокапель диаметром примерно 11 нанометров. Содержащиеся в растворе лиганды прикрепляются к поверхности капель по мере их отщепления от основной массы жидкого металла. Одновременно с этим на поверхности нанокапель формируется «оболочка» из окисленного металла. Эта окисленная оболочка вместе с лигандами предотвращает обратное слияние металлических нанокапель.

После этого в раствор вносят противоопухолевый препарат доксорубицин. Один из типов лигандов на поверхности нанокапель поглощает доксорубицин и удерживает его. Такие нагруженные препаратов наночастицы можно выделить из раствора и ввести в кровоток.

 
Слева – схематичное изображение жидкокристаллических «нанотерминаторов». Красные сферы изображают доксорубицин.
Справа – изображение нанокапель, полученное с помощью трансмиссионного электронного микроскопа.

Лиганды второго типа на поверхности нанокапель эффективно локализуют раковые клетки и прочно связываются с рецепторами на их поверхности. После этого раковые клетки абсорбируют наночастицы, окисленная оболочка которых разрушается под действием кислой внутриклеточной среды, высвобождая лиганды, в свою очередь высвобождающие доксорубицин. 

При этом освобожденные от оксидной оболочки и лигандов нанокапли сливаются в более крупные капли металла, легко выявляемые с помощью диагностических методов, что потенциально может помогать врачам в поиске опухолей.

По мере реагирования с кислой средой внутри раковых клеток жидкий металл растворяется и высвобождает ионы галлия. Которые, как казалось, повышают эффективность противоопухолевых препаратов, в том числе эффективность их воздействия на устойчивые к традиционным лекарственным средствам опухолевые клетки.

Этот процесс обеспечивает постепенную деградацию металла, минимизируя его долгосрочную токсичность. На основании экспериментов in vitro исследователи предполагают, что в условиях организма жидкий металл полностью деградирует в течение нескольких дней, переходя в форму, которую организм без проблем абсорбирует и выводит без регистрируемых побочных эффектов.

Разработчики протестировали методику на мышиной модели и продемонстрировали ее значительно более высокую эффективность в отношении ингибирования роста злокачественных опухолей яичников по сравнению с эффективностью введения обычного препарата доксициклина. Важен также тот факт, что наблюдение за состоянием животных в течение 90 дней не выявило признаков токсичности, ассоциированной с введением жидкого металла.

Авторы отмечают, что проведенная работа является всего лишь экспериментальной проверкой концепции, однако ее результаты весьма многообещающи. Подобно пришедшему из научной фантастики Терминатору, жидкометаллические носители трансформируемы: отделившись от основной массы металла, они вновь сливаются внутри раковых клеток и в конечном итоге деградируют и выводятся из организма. Разработчики надеются, что дополнительные эксперименты на более крупных животных моделях значительно приблизят проведение потенциальных клинических исследований.

Статья Yue Lu et al. Transformable liquid-metal nanomedicine опубликована в журнале Nature Communications.

Евгения Рябцева

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам North Carolina State University: Liquid Metal ‘Nano-Terminators’ Target Cancer Cells.