українським вченим вдалося розробити унікальний метод діагностики раку - наносредство на основі магнетиту, яке допоможе виявити недугу на ранній стадії за допомогою МРТ і відразу почати ефективне лікування.
Як працює інноваційний препарат і коли з його допомогою можна буде не тільки діагностувати, а й лікувати рак, «medporada.kievbalet.in.ua » розповів керівник проекту, завідувач лабораторії НіТУ «МИСиС» Олександр Мажуга.
Досьє. Олександр Георгійович Мажуга
Доктор хімічних наук. Професор, заступник декана хімічного факультету МДУ імені М.В. Ломоносова, завідувач лабораторією «Біомедичні наноматеріали» в НіТУ «МИСиС».
Область наукових інтересів: синтез наногібридні функціональних матеріалів, біоорганічна хімія, медична хімія, нанохімія, розвиток нових підходів до синтезу і дослідженню біологічно активних речовин.
- Олександре Георгійовичу, в чому принципова відмінність діагностики раку методом МРТ за допомогою нового наносредства від традиційно використовуваних методів?
Перш за все, варто розповісти про те, які методи діагностики онкопатології існують - це УЗД діагностика, комп'ютерна томографія, МРТ. Половина з цих методів - МРТ, причому приблизно в 70% випадках магнітно-резонансна томографія застосовується без контрастних засобів. Однак, якщо ми говоримо про рак головного або ураженнях спинного мозку, інших патологіях, їх не можна виявити без використання контрастної речовини, що дозволяє краще візуалізувати вогнище ураження і визначити розмір пухлини. Для цього, як контрастних засобів у всьому світі використовують препарати на основі гадолінію і магнітних частинок.
У препаратів на основі гадолінію - два недоліки: по-перше, висока токсичність, тому що гадолиний важкий метал, по-друге, надто швидкий період виведення з організму. Тому МРТ потрібно проводити дуже швидко - в період від 5 до 10 хвилин, поки препарат ще не виведений з організму пацієнта, що не завжди можливо.
Другий тип контрастних агентів - магнітні частинки, це той напрямок, який розробляє наша лабораторія. У клінічній практиці існувало 5 контрастних агентів на основі магнітних частинок для діагностики раку печінки. Вони захоплювалися клітинами печінки або макрофагами, які циркулюють в крові людини, і прямували безпосередньо в печінку. Контрастний ефект був вельми вражаючим, але, на жаль, через великого розміру - більш 100 нанометрів, контрастну речовину мало велику токсичність. З клінічної практики довелося вивести 3 з 5 подібних препаратів. Зараз використовується 2 з них - для шлунково-кишкового тракту і сторожових лімфатичних вузлів.
На наш погляд, проблема була не тільки у великому розмірі, а й в тому, що сама технологія отримання магнітних частинок була неправильною - агрегати отримували неконтрольованим чином.
Магнітні частинки можна зробити маленькими, наприклад, нам вдається отримувати матеріали з розміром частинок від 10 нанометрів. Однак, якщо технологія синтезу буде неправильною, з цих магнітних частинок вийде агрегат занадто великого розміру, що загрожує, наприклад, закупоркою судин.
Приступивши до реалізації цього проекту, ми шукали відповідь на питання, як зробити частки стійкими і нечужероднимі для нашого організму. Для цього колектив вчених НіТУ «МИСиС», РНІМУ імені М.І. Пирогова і МГУ імені М.В. Ломоносова синтезував частки, покриті людським сироватковим альбуміном, що представляє собою один з білків крові, нечужеродний для нашого організму. За допомогою хімічного синтезу ми домоглися того, щоб частинки мали розмір від 40 до 60 нанометрів і були абсолютно стабільні.
Як поводяться частинки всередині організму тварин, вивчали за допомогою щурячої моделі - мультиформної гліобластоми, це рак головного мозку.
Справжнім відкриттям стало доказ того, що частинки накопичуються не тільки в клітинах печінки, а й в головному мозку. При цьому на відміну від препаратів на основі гадолінію, знаходяться всередині організму не кілька хвилин, а близько години, після чого виводяться через печінку.
- Чому так важливо, щоб магнітні частинки мали певний розмір і були стабільними?
Це дуже важливо, інакше, вони можуть викликати різні побічні ефекти - тромбоз, імунну реакцію організму і інші негативні наслідки. Забезпечити стабільність допомагає правильний вибір полімеру. Ми можемо його хімічно модифікувати або завантажити меншу кількість ліків, що також впливає на властивості стабільності.
Для того, щоб наночастинок володіла певними магнітними властивостями, і вела себе потрібним нам чином, ми синтезуємо саме магнетит або інші оксиди заліза, що демонструють суперпарамагнетизм або феремагнетізм в залежності від завдань. Одночасно вирішуємо і іншу задачу - покриваємо магнетит стабілізаторами - полімерами. У магнітному полі частка може нагріватися або обертатися і тим самим виконувати ту задачу, яка їй відведена.
- Інноваційний препарат можна використовувати для діагностики пухлин головного мозку, які дослідження необхідно провести для того, щоб застосовувати його і для виявлення інших видів раку?
(А.М.) У проекті доклінічних випробувань планується також перевірити препарат для діагностики раку молочної залози. Якщо підтвердиться, що наша технологія працює правильно, з її допомогою можна буде діагностувати різні види онкопатології - магнітні частинки будуть проникати в будь-який вражений вогнище.
- А яким чином магнітні частинки «вибирають» собі за мету і накопичуються саме в пухлинних клітинах?
Все просто. Стінки наших сусідів вистилає ендотелій, який має певні пори. У сусідів, що вистилають здорову тканину, пори не перевищують 10 нанометрів. Пори в судинах, що живлять злоякісну пухлину, збільшуються в 60 разів. І це теж легко пояснити. Пухлинні клітини активно розмножуються, їм у великій кількості потрібні кисень, поживні речовини і вітаміни. Тому пухлина вирощує навколо себе розгалужену мережу судин і пори збільшуються в десятки разів, щоб поживним речовинам було легше крізь них проникнути. Тобто в здорову тканину магнітні частинки провалитися не можуть, а в пухлини спокійно накопичуються.
- Що необхідно зробити для того, щоб технологію використовувати в подальшому не тільки для діагностики, але і для терапії онкологічних захворювань?
Ми зараз над цим активно працюємо. Для того, щоб за допомогою магнітних частинок можна було не тільки діагностувати, а й лікувати рак, потрібно завантажити в них ліки. Ми використовуємо клінічно схвалений препарат доксорубіцин, призначений для хіміотерапії. В оболонку, в яку зашиваються магнітні частинки, додається доксорубіцин, завдання якого - вбивати злоякісні клітини.
Для того, щоб цю методику можна було застосовувати в терапії раку, потрібно провести чимало доклінічних випробувань на клітинах, підібрати потрібну концентрацію, дуже важливо правильно здійснити синтез, щоб частинки були стабільними, завантажувалася оптимальна доза ліків.
Важливе завдання - домогтися того, щоб ліки випливало з поверхні частинок в певний час і в строго визначеному місці під впливом зовнішніх факторів. Для цього використовується магнітне поле: воно почне працювати, а частки починають витікати.
Не секрет, що вчені не люблять згадувати. Поки все йде добре. Ми підібрали оптимальну дозу ліків - 5 мг на кг ваги. Діагностувати пухлина можна практично з моменту її зародження. Зараз в рамках доклінічних випробувань вже отримано хороший результат: розширено діагностичне вікно, за допомогою контрастної речовини можна спостерігати злоякісне новоутворення протягом 2 годин, а не 5-15 хвилин. Цього часу вже досить для того, щоб оболонка з магнітними частинками вивантажила достатню кількість ліків.
- Як народилася така ідея діагностувати рак за допомогою наночастинок магнетиту?
Це продукт інтелектуальної праці колаборації НіТУ «МИСиС» спільно з МГУ імені М.В. Ломоносова і РНІМУ імені М.І. Пирогова. Спочатку розробляти напрям почали в МГУ, де існував проект, присвячений синтезу різних наноматеріалів. Ми стали співпрацювати з РНІМУ імені М.І. Пирогова, де працюють головні спеціалісти із пухлин головного мозку в нашій країні. Вони надали модель головного мозку, тому було вирішено розробляти діагностику саме цього виду онкопатології. Важливо правильно охарактеризувати магнітні властивості, зараз у нас в одній команді працюють хіміки, біологи, фізики та медики.
Препарати нові, традиції старі
Робота будувалася по вже прокладеному до нас шляху. Ще в Радянському Союзі намагалися діагностувати і лікувати рак за допомогою магнітних частинок, завантажених ліками. Створені препарати досліджували на вівцях, а ось до клінічних випробувань на людях так і не дійшла. Використання магнітних частинок великого розміру тягло за собою масу побічних ефектів. Наприклад, клітина, нагріта за допомогою магнітного поля до 42-44 градусів Цельсія, вмирала і отруювала весь організм продуктами свого розкладу.
Поява нанотехнологій вдихнуло нове життя в цю методику.
-Новий препарат буде дорогим?
- Які ще дослідження в області діагностики і терапії раку проводяться у вашій лабораторії?
НіТУ «МИСиС» розробляє і метод фотодинамічної терапії, коли пухлинні клітини завантажуються спеціальними речовинами, після чого на них світять лазером з певною довжиною хвилі, внаслідок чого відбувається утворення активних форм кисню, які буквально вбивають пухлину зсередини. У перспективі він зможе замінити операційне втручання, яке може призвести до того, що пухлина під час операції випускає в кровотік велика кількість метастазів і пацієнтові доводиться приймати спеціальні препарати, щоб їх убити ще в крові і не дати «прилипнути» до стінок судин.
- Рак поширюється по всьому світу зі швидкістю, що викликає сильну тривогу і при цьому сильно молодшає. Чи існують сьогодні прецеденти повного лікування?
Так, такі випадки є і вони не так вже й рідкісні. З кожним роком з'являються нові ефективні хіміотерапевтичні засоби, якщо раніше в арсеналі онкологів було всього 30-40 подібних препаратів, то сьогодні їх кількість переступило вже за 300. Майбутнє за комбінацією методів: якщо раніше обмежувалися монотерапией, то зараз на пухлину впливають хіміотерапією і опромінюють або ще чимось впливають.
Головне - виявити небезпечну недугу на ранній стадії. Чим раніше буде поставлений діагноз, тим вищі шанси на одужання. У зв'язку з цим розробка нових методів діагностики має велике значення.
Читати статті по темам:
Помилка в тексті?
Виділи її та натисни пишіть на е-мейл