Для победы над раком нужно нанооружие

Рынок противоопухолевых препаратов уже превысил $70 млрд. в год. Но методы терапии онкозаболеваний в большинстве своем малоэффективны 

Президент США Барак Обама, выступая в конгрессе с ежегодным докладом о положении дел в стране, анонсировал "общенациональные усилия для изобретения в стране лекарства от рака". По его словам, для достижения этой цели будет увеличено финансирование ученых. "Давайте сделаем Америку страной, которая однажды и навсегда справится раком", — призвал Обама.

Эти амбициозные слова, обращенные в будущее, отображают весьма неутешительную ситуацию, сложившуюся сейчас. От онкологических заболеваний ежегодно умирает около 8 млн. человек. Чаще всего у мужчин и женщин диагностируют рак легких, на втором месте онкологические заболевания предстательной и молочной желез.

В разработку методов лечения вкладываются колоссальные средства, усилия ученых и фармацевтических компаний. Рынок противоопухолевых препаратов уже превысил $70 млрд. в год. Но методы терапии онкологических заболеваний остаются в большинстве своем малоэффективными.

Разработка новых, более успешных методов ведется широким фронтом. Наметились направления, которые могут стать прорывными. Впрочем, на лидерство наряду с американцами претендуют и европейцы.

ГЛАВНАЯ ПРИЧИНА НЕУДАЧ

Лекарства, которые используются в борьбе против рака, большей частью представляют собой низкомолекулярные органические соединения. Это маленькие молекулы размером порядка одного нанометра, имеющие ряд неприятных особенностей. Они очень плохо растворяются в физиологических жидкостях, то есть их сложно ввести в организм человека. А если это все же удается, такое лекарство может выйти из организма раньше, чем успеет дать терапевтический эффект: благодаря своим малым размерам молекула быстро проходит через органы и выводится.

Кроме того, лекарство не всегда может преодолеть ряд биологических барьеров и проникнуть в опухолевую ткань. В то же время оно может разрушительно действовать на нецелевые ткани, то есть не на то, куда мы хотим направить наш препарат. Именно невозможность целевой доставки лекарств оказывается главной причиной неудач. После введения внутрь организма лекарство распространяется по всему телу и очень редко попадает в достаточном количестве в нужное место.

Принцип, на котором основана нынешняя химиотерапия, пытается использовать особенности злокачественных образований. Опухолевые клетки, за исключением редких видов рака, в основном очень агрессивные. Они быстро делятся, а значит им нужно забирать из внешней среды витамины и другие вещества, необходимые для роста. Поэтому эти клетки должны накачивать себя питательной средой. Именно на это и рассчитывает химиотерапия: быстро делящиеся клетки быстрее поглощают все те препараты, что у вас есть в кровотоке. Но большая часть введенных препаратов все равно проходит мимо опухолей и вместо них убивает клетки здоровых органов и тканей.

У активно применяющихся сегодня противоопухолевых препаратов платиновой серии (цисплатин, карбоплатин, оксалиплатин) побочные эффекты — нефротоксичность и нейротоксичность, то есть они бьют по почкам и нервной системе. Есть очень много препаратов с кардиотоксичностью, бьющих по сердцу.

Но побочные эффекты — не единственная большая проблема. Химиотерапия обладает мощной убийственной силой. Она рассчитана на то, чтобы быстро разрушить

злокачественное образование. Даже если бы у нее не было никаких побочных эффектов, из-за того, что в организм попадет очень много продуктов разложения опухолевых клеток, организм будет отравлен. Поэтому постоянно идет поиск более эффективных методов лечения.

ТРАНСПОРТ ДЛЯ ЛЕКАРСТВ

Ученые во всем мире пытались придумать, как же сделать так, чтобы препарат доставлялся адресно, точечно. Для решения этой задачи было необходимо найти транспорт, то есть какие-то частички, к которым можно было бы присоединить лекарство и которые переносили бы его в нужное место. Транспортные частички должны быть значительно массивнее молекул лекарства. Тогда эти частички уже не станут проскакивать мимо, а станут задерживаться в опухоли на достаточно длительное время, чтобы лекарство успело подействовать. При этом молекулы лекарства будут вступать в действие не сразу, а постепенно. Организм будет успевать выводить продукты разложения опухолевых клеток и таким образом избежит отравления.

Но подобрать транспортные частички, удовлетворяющие всем требованиям, оказалось очень трудной задачей. Первоначально на эту роль пробовались органические молекулы достаточно больших размеров — естественного происхождения (антитела, пептиды и т.д.) или же искусственно синтезированные. Было несколько многообещающих находок, но надежного решения проблемы они все же не дали.

В последние годы исследователи обратили внимание на так называемые наночастицы — маленькие кусочки твердых материалов (например, полимеров, металлов или оксидов металлов). Чаще всего это шарики (цельные или с полостью внутри) диаметром от 10 до 100 нанометров. Современные технологии позволяют создавать наночастицы различных материалов требуемых размеров. Осталось включить внутрь их (если они полые) или прикрепить к ним снаружи лекарственный препарат.

Конечно, этот метод тоже имеет множество проблем. Но есть и первые успехи. Буквально на днях, 10 февраля, в журнале Science Translational Medicine вышла статья группы ученых из Великобритании, США и Швеции под руководством британки Сюзан Эштон, которые создали противоопухолевое средство в виде наночастиц, несущих в себе лекарство.

В качестве лекарства, подлежащего транспортировке, исследователи избрали экспериментальный препарат — ингибитор киназы Aurora B, который ранее прошел ряд клинических испытаний. Он показал высокую эффективность, но в то же время и высокую токсичность. Адресная доставка должна снять эту проблему. На роль транспорта были избраны полимерные наночастицы с полостью внутри, куда инкапсулировалось лекарство.

Средство было протестировано на мышах, страдающих диффузной крупноклеточной лимфомой, и на крысах с колоректальным раком. Наночастицы накапливались в области опухоли, после чего разрушались, медленно высвобождая лекарство. Препарат эффективно подавлял рост опухоли, разрушая клеточный цикл раковых клеток, но при этом вызывал гораздо меньше побочных эффектов, чем тот же препарат, введенный обычным способом.

В своих дальнейших исследованиях авторы планируют проверить безопасность наночастиц, а также протестировать, как будут работать другие противоопухолевые средства в инкапсулированной форме. Таким образом, речь идет об отработке метода, который может стать универсальным для борьбы с самыми разными видами рака.

НАНОБОТЫ УЖЕ НА ПОДХОДЕ

Наночастицы в роли транспорта для лекарств — это еще не предел использования нанотехнологий в медицине. Впереди нас ждет использование наноботов — роботов, построенных из наночастиц.

В прошлом году сфера робототехники одержала большую победу, когда группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего объявила о проведении первых успешных тестов с применением наноботов, которые выполнили поставленную перед ними задачу, находясь внутри живого организма. После помещения наноботов внутрь лабораторных мышей микромашины направились к желудкам грызунов и доставили помещенный на них груз, в качестве которого выступали микроскопические частички золота. К концу процедуры ученые не отметили никаких повреждений внутренних органов мышей и тем самым подтвердили полезность, безопасность и эффективность наноботов.

Моторная цепь крошечных роботов состоит из цинка. Когда она попадает в контакт с кислотно-щелочной средой организма, происходит химическая реакция, в результате которой производятся пузырьки водорода, продвигающие наноботов внутри. Спустя какое-то время наноботы просто растворяются в кислотной среде желудка, а принесенное ими вещество высвобождается.

Несмотря на то что данная технология разрабатывается уже почти десятилетие, только в прошлом году ученые смогли провести ее фактические тесты в живой среде, а не в лабораторных условиях, как делалось много раз до этого. В будущем наноботов можно будет использовать для лечения различных болезней внутренних органов путем воздействия нужными лекарствами на отдельные клетки. В том числе и для борьбы с раком.