Радионуклиды в броне
Российские ученые придумали, как сделать лучевую терапию рака безопаснее
Пресс-служба РНФ
К наиболее эффективным методам лечения злокачественных опухолей относится радионуклидная лучевая терапия. При таком воздействии новообразование разрушается благодаря тому, что пациенту в кровь вводят радионуклиды — нестабильные атомы, которые, распадаясь, испускают ионизирующее излучение. Российские ученые разработали систему доставки, которая поможет минимизировать воздействие радиации на здоровые ткани и уберечь их от разрушения. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Journal of Colloid and Interface Science (Karpov et al., Impact of metallic coating on the retention of 225Ac and its daugthers within core–shell nanocarriers).
Схема эксперимента. Рисунок из статьи Karpov et al.
По данным Международного агентства по изучению рака (IARC), ежегодно в мире регистрируется более двенадцати миллионов новых случаев онкологических заболеваний и около шести миллионов смертей от них.
На сегодняшний день существует три основных способа лечения опухолей: химиотерапия, хирургическое удаление и лучевая терапия. Первые два метода не всегда эффективны, поскольку раковые клетки со временем приобретают устойчивость к лекарственным препаратам, а все распространившиеся по организму метастазы бывает невозможно выявить и удалить. Третий метод убивает опухоли безотказно: к ионизирующему излучению невозможно приобрести устойчивость. В ходе лечения пациенту в кровь вводят радионуклиды — нестабильные атомы, ядра которых распадаются и образуют ионизирующие частицы. Они несут большое количество энергии, которая повреждает клетки опухоли: разрушает их мембрану, ДНК, изменяет протекающие внутри них биохимические реакции. С помощью специальных молекулярных «меток» радионуклиды распознают только раковые клетки и накапливаются в месте возникновения опухоли.
Существенный недостаток описанного подхода заключается в том, что до тех пор, пока радиоактивный изотоп не достигнет опухоли, он будет повреждать здоровые ткани организма из-за испускания ионизирующего излучения при радиоактивном распаде. Поэтому ученые разрабатывают специальные носители, которые помогают «удержать» радионуклид и его дочерние изотопы — атомы, на которые он распадается, — до момента их доставки к раковым клеткам. Для этого используются пептиды (короткие молекулы белков), искусственные мембранные пузырьки, а также наночастицы из неорганических соединений. Но лучшие из них удерживают максимум 84% радионуклидов, а остальные 16% все также поражают здоровые ткани.
Исследовательская группа из Российского научного центра радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Санкт-Петербург), Национального исследовательского университета ИТМО (Санкт-Петербурга) и Национального исследовательского Томского политехнического университета (Томск) разработала систему доставки радионуклида актиния-225 (225Ac), которая удерживает более 98% этих изотопов внутри своей структуры. Ученые выбрали в качестве терапевтического агента радионуклид 225Ac, так как при его радиоактивном распаде образуется четыре альфа-частицы с большим количеством энергии, достаточной для эффективного разрушительного воздействия на опухоль. Кроме того, этот изотоп, в отличие от других, обладает относительно длинным периодом полураспада, то есть временем, в течение которого его активность снизится в два раза. Период полураспада 225Ac равен десяти суткам, что дает преимущество при его производстве, хранении и транспортировке в медицинские центры.
В качестве носителей радионуклида 225Ac ученые разработали и синтезировали наночастицы, состоящие из диоксида кремния. Затем к наночастицам химически присоединили радионуклиды и сверху покрыли пленкой из золота или титансодержащего органического соединения. Именно эти дополнительные слои должны были предотвратить отсоединение 225Ac от частиц-носителей и его хаотичное циркулирование по организму, приводящее к повреждению здоровых тканей и органов.
Чтобы проверить, действительно ли наночастицы способны удержать радионуклид, биологи ввели образцы в виде суспензии в хвостовую вену мышей. На первый, третий и десятый день после терапии животных безболезненно умерщвляли, а их органы исследовали на радиоактивность, которая была признаком распада 225Ac. В качестве группы контроля исследователи использовали мышей, которым вводили чистый 225Ac без наночастиц-носителей или с наночастицами, но без покрытия из золота или титана.
Оказалось, что во всех контрольных вариантах уже на третий день радионуклид накапливался в печени, селезенке и легких, приводя к отмиранию клеток этих органов. Напротив, наночастицы с 225Ac, дополнительно покрытые слоем золота или титана, практически не вредили здоровым тканям даже через десять суток.
«Наша разработка позволит безопасно доставлять радионуклиды к опухолям, не нанося вреда здоровым тканям организма. Помимо опытов на животных, мы провели исследования in vitro — "в пробирке", — которые доказали, что синтезированные нами частицы удерживают 225Ac в стабильном состоянии на протяжении тридцати дней. Следующий этап исследования — модификация поверхности наночастиц с помощью особых молекулярных "меток", которые позволят разработанным нами компонентам направленно мигрировать к раковым клеткам, и тем самым обеспечат избирательность терапии», — рассказывает Тимофей Карпов, сотрудник группы нанофармакологии лаборатории генной инженерии Российского научного центра радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru