Ученые разрабатывают нанокомплекс, который победит рак и предотвратит его распространение. Помогут свет и наночастицы

Рак — это заболевание, которое характеризуется неконтролируемым ростом и распространением клеток в организме. Одна из самых опасных особенностей рака — это способность его клеток образовывать метастазы, то есть вторичные опухоли в разных органах и тканях. Метастазы часто остаются незамеченными до поздних стадий заболевания и сильно затрудняют лечение. Поэтому, разработка новых методов борьбы с метастазами является одним из приоритетных направлений онкологии.

Недавно международная группа ученых под руководством доктора Йоханнеса Каргеса из факультета химии и биохимии Рурского университета Бохума в Германии представила новый нанокомплекс, который не только уничтожает опухоль, но и тренирует иммунную систему обнаруживать и устранять метастазы. Исследователи опубликовали свои результаты в журнале Nature Communications.

Как работает нанокомплекс?

Нанокомплекс представляет собой лекарство, упакованное в наночастицы, которые вводятся в кровоток. Лекарство состоит из двух видов полимеров, которые самособираются в наночастицы двух типов: NP1 и NP2. Первый тип содержит хромофор — вещество, которое светится при облучении светом с длиной волны 808 нм. Второй тип содержит фотосенсибилизатор — вещество, которое генерирует активные формы кислорода при облучении светом с длиной волны 650 нм. Эти активные формы кислорода способны повреждать клетки. Когда NP1 и NP2 смешиваются, они образуют тераностический нанокомплекс Comp-NPs, который сочетает в себе свойства диагностики и терапии.

Наночастицы имеют тенденцию накапливаться в опухолях, так как опухолевая ткань имеет повышенную проницаемость по сравнению с нормальной тканью. Это позволяет доставить лекарство прямо к цели. Однако, лекарство не действует сразу же. Оно активируется только при облучении светом. Если в обнаруженной опухоли достаточно наночастиц, они могут быть активированы при помощи лазера, например, во время операции. После этого энергии фотосенсибилизатор начинает вырабатывать активные формы кислорода, которые вызывают иммуногенную клеточную гибель: опухолевые клетки, содержащие фотоактивированные наночастицы, уничтожаются, и опухоль, обработанная этим методом, исчезает.

Как нанокомплекс борется с метастазами?

Наночастицы и их световой эффект вызывают массовый окислительный стресс в эндоплазматическом ретикулуме клеток обработанной опухоли. «Это привлекает внимание собственной иммунной системы организма», объясняет Йоханнес Каргес. «Иммунные клетки понимают, что что-то идет совсем не так в клетках этого типа, и что такие клетки нужно устранять». Это относится не только к клеткам фотолеченой опухоли, но и ко всем клеткам такого же вида во всем организме. «Соответственно, иммунная система начинает искать дальнейшие метастазы и делает их безвредными», говорит Йоханнес Каргес. Исследовательская группа доказала этот принцип действия в экспериментах на раковых клетках и на животных моделях.

Какие перспективы открывает нанокомплекс?

Новый нанокомплекс представляет собой инновационный подход к лечению рака, который сочетает в себе преимущества фотодинамической терапии и иммунотерапии. Фотодинамическая терапия — это метод лечения, при котором используются светочувствительные вещества, которые убивают опухолевые клетки при облучении светом. Иммунотерапия — это метод лечения, при котором стимулируется или подавляется иммунная система организма для борьбы с раком. Сочетание этих двух методов позволяет не только избавиться от первичной опухоли, но и предотвратить рецидивы и распространение метастазов.

Однако, для того, чтобы такой метод стал доступным для широкого применения, необходимо решить ряд проблем. Во-первых, нужно обеспечить безопасность и эффективность такого лечения для человека. Неизвестно, как наночастицы будут взаимодействовать с человеческим организмом на длительном сроке, не вызовут ли они токсичности или аллергии. Необходимо провести дальнейшие исследования на людях, чтобы подтвердить отсутствие побочных эффектов и высокую эффективность такого лечения.

Во-вторых, нужно учитывать этические и социальные аспекты такого лечения. Использование нанотехнологий в медицине вызывает много вопросов и опасений со стороны общественности и регуляторных органов. Некоторые считают, что такие технологии могут нарушать естественный баланс в организме или окружающей среде, или дать возможность для злоупотреблений или манипуляций. Кроме того, существуют различные правовые и нормативные барьеры на внедрение таких технологий в клиническую практику. Поэтому, необходимо разработать общие принципы и стандарты для регулирования такой деятельности на международном уровне.

Новый нанокомплекс открывает новые перспективы для лечения рака, который может не только уничтожить первичную опухоль, но и активировать иммунную систему для борьбы с метастазами. Однако, это еще не конечный результат, а лишь этап на пути к созданию безопасного и эффективного метода лечения. Нам нужно продолжать поддерживать и развивать такие исследования, но при этом не забывать о том, что мы несем ответственность за то, что мы создаем.

Что такое хромофор и фотосенсибилизатор?

Хромофор — это вещество, которое имеет способность поглощать свет определенной длины волны и излучать его в виде тепла или света другой длины волны.

Фотосенсибилизатор — это вещество, которое при поглощении света переходит в возбужденное состояние и может передавать свою энергию кислороду, превращая его в активные формы, такие как синглетный кислород или свободные радикалы. Эти активные формы кислорода способны повреждать биологические молекулы и клетки.

Каким образом наночастицы накапливаются в опухолях?

Наночастицы накапливаются в опухолях из-за эффекта, называемого усиленной проницаемостью и задержкой (enhanced permeability and retention, EPR). Этот эффект заключается в том, что опухолевая ткань имеет более высокую проницаемость для макромолекул и наночастиц по сравнению с нормальной тканью, так как опухоль образует новые кровеносные сосуды, которые имеют дефекты в структуре и функции. Кроме того, опухоль имеет пониженную лимфатическую дренажную систему, которая отвечает за вывод избыточной жидкости из ткани. Это приводит к тому, что наночастицы легко проникают в опухоль и задерживаются в ней.

Каким образом иммунная система распознает и уничтожает метастазы?

Иммунная система распознает и уничтожает метастазы благодаря процессу, называемому иммунной памятью. Иммунная память — это способность иммунной системы запоминать антигены — чужеродные или аномальные молекулы, которые вызывают иммунный ответ. Когда иммунная система сталкивается с антигеном в первый раз, она активирует специализированные клетки — лимфоциты T и B — которые размножаются и дифференцируются в эффекторные клетки, способные атаковать антиген. Однако, часть этих клеток не умирает после борьбы с антигеном, а остается в организме в виде памяти клеток. Эти клетки имеют повышенную чувствительность к антигену и могут быстро реагировать на его повторное появление. Таким образом, если иммунная система обучена распознавать антигены опухолевых клеток благодаря фотодинамической терапии, она может эффективно находить и уничтожать метастазы.

Источник: https://phys.org/news/2023-09-nanocomplex-unleashes-immune-metastases.html