2019-11-15T15:47:03+03:00

Роботы-бактерии и жировые пузырьки: как учёные разрабатывают высокоточное оружие против рака

Чтобы справиться с опухолью, медикам приходится «обманывать» иммунную систему и выстраивать сложные логистические решения для доставки лекарств прямо в очаг заболевания
Виктор ЛЬВОВ
Поделиться:
Комментарии: comments6
Изменить размер текста:

Лечение опухолей — это зачастую «ковровая бомбардировка» организма лекарствами. Она чревата побочными эффектами. Увы, то, что лечит весь организм в целом, является ядом для отдельно взятых органов. Нужны «высокоточные удары». Как доставить действующее вещество именно в клетки опухоли, не повредив здоровые клетки? Инъекции с помощью шприца здесь не работают. Это совсем другие масштабы — микроскопический уровень. Мысленно разделите один миллиметр на миллион частей. Одна часть — это 1 нанометр. Учёные и медики имеют дело с объектами размером 25-100 нанометров.

Исследователи по всему миру постоянно работают над способами адресной доставки лекарств — отрасль очень перспективная. Россия в процессе тоже участвует. На днях появилась новость от лаборатории «Биологические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» (материалы работы опубликованы в международном научном журнале ACS Nano) — учёные увидели интересный эффект, который возникает при липосомной терапии раковых опухолей. Открытие позволит серьёзно увеличить её эффективность.

Максимально доступно объясняем, что такое липосомная терапия, и рассказываем, какие ещё методы адресной доставки лекарств существуют на сегодняшний день.

Робот-гусеница, созданная в Институте интеллектуальных систем имени Макса Планка. Скриншот видео-эксперимента .

Робот-гусеница, созданная в Институте интеллектуальных систем имени Макса Планка. Скриншот видео-эксперимента .

«Пожарные» и Троянский конь для печени

Джой Вольфрам — директор Лаборатории наномедицины и внеклеточных пузырьков Клиники Мэйо (США). Она одна из самых молодых (30 лет) и перспективных исследователей, занимающихся проблемами адресной доставки лекарственных средств внутри организма. У Джой есть редкий для серьёзного учёного дар — она умеет объяснять то, чем занимается, очень понятным языком.

«Государства и частные фонды тратят миллиарды долларов на борьбу с раком. Но, честно говоря, всё что делалось ранее, не работает настолько хорошо, чтобы уверенно справляться с агрессивными формами рака, — признаётся Джой в своей лекции для TED. — Что происходит сегодня в медицине? Мы направляем пожарных (то есть лекарства) тушить большой пожар (рак) без машин, без защитных костюмов, транспорта и необходимого оборудования. В итоге 99% «пожарных» до «пожара» не доходят. Что мы можем с этим сделать? Переносчиками лекарств к цели — опухоли — могут выступать наночастицы. Они бывают нескольких видов. Например, наночастицы на основе металлов. Есть наночастицы на основе жиров. Как им удаётся транспортировать лекарства? У них обширный инструментарий. Без наночастиц лекарства очень быстро вымываются из организма через почки. Это всё равно что пропускать воду через сито — молекулы слишком малы. К тому же, у лекарств просто нет времени для того, чтобы достигнуть опухоли. Но если мы поместим их внутрь наночастиц, они не будут сразу же выведены из организма. Потому что наночастицы имеют более крупные размеры. Они будут продолжать циркулировать с кровью, давая возможность лекарствам достигнуть опухоли. Наночастицы защищают молекулы лекарств, не дают ферментам их разрушить. Ещё одна из важнейших функций наночастиц — они прикрепляются к опухоли, «хватаются» за неё, давая возможность лекарствам делать своё дело».

Так выглядит робот, созданный в Городском университете Гон-Конга. Фото: cityu.edu.hk

Так выглядит робот, созданный в Городском университете Гон-Конга. Фото: cityu.edu.hk

По данным Вольфрам, сегодня уже используется более десяти видов наночастиц, чья эффективность клинически доказана. Но при такой терапии медики и учёные сталкиваются с одной серьёзной проблемой.

«Наша печень отвечает за уничтожение всех «посторонних», которые проникают в организм. Она распознаёт вирусы, бактерии, а также наночастицы, — объясняет Джой. — Иммунные клетки уничтожают их, не давая возможности добраться до опухоли. Наша дальнейшая стратегия — временно «обезоружить» иммунные клетки. Как это сделать? Неожиданное решение нашлось в одном из исследований, которое касалось лекарства от малярии, созданного ещё 70 лет назад. Выяснилось, что оно останавливает иммунные клетки от «убийства» и даёт наночастицам возможность покинуть печень и всё-таки достигнуть своей цели — опухоли. Ещё один способ без потерь пройти фильтр в виде печени — использовать (сюрприз!) уже имеющиеся в организме наночастицы. Их называют биологическими наночастицами. Они присутствуют в слюне, моче, крови и других жидкостях. Это Троянский конь, с помощью которого мы можем обмануть печень. Но есть одна проблема: очень сложно извлечь и хранить биологические наночастицы вне организма. Наша лаборатория научилась это делать, мы получили жидкости с высокой концентрацией таких наночастиц. Однако мы пока не можем их использовать в клиниках. На испытания потребуется 12 лет».

Липосомы — друзья нейтрофилов

Благодаря Джой» и их открытию в области липосомной терапии.

Что такое липосомы? Если максимально просто — это шарики из жиров размером до 100 нанометров (то есть одной десятитысячной миллиметра). В их составе могут также быть спирты и другие компоненты, но здесь нам это знать совсем необязательно. Важно лишь понимать, что липосомы — это не искусственно созданные конструкции, а вполне природные, активно участвующие в питании человека, строительстве новых клеток и прочих очень важных процессах. Липосомы и есть те самые биологические наночастицы, которые учёные используют в качестве Троянского коня — для доставки лекарств к клеткам опухолей в обход иммунной системы. Это и есть липосомная терапия.

Учёные из НИТУ «МИСиС» выяснили, что липосомам доставлять лекарства невольно помогают нейтроциты — это клетки крови, самый многочисленный вид лимфоцитов (лимфоциты, как мы помним из школьной программы, отвечают за борьбу с чужеродными частицами или клетками). Если посмотреть в микроскоп на нейтроциты, то можно заметить, что они двигаются. Обычно они стремятся туда, где есть повреждения тканей или воспаление. Гной — это и есть погибшие нейтроциты (они, как камикадзе, убивая вредные бактерии, тут же сами погибают).

Каким же образом нейтрофилы помогают доставщикам лекарств-липосомам? Нейтрофилы, по сути «придерживают дверь» при выходе из кровеносного сосуда в ткани опухоли. Нейтрофилы — относительно крупные клетки. Для их прохода в сосудистой стенке предусмотрены довольно широкие «ворота». Но открываются эти «ворота» только при предъявлении «пропуска». Такой «пропуск» у нейтрофилов есть, а у липосом — нет. Зато липосомы успевают проскочить в «ворота» за нейтрофилом — как безбилетники в метро. По подсчётам исследователей из НИТУ «МИСиС», это увеличивает эффективность липосом-доставщиков лекарств на 30%. Что, естественно, увеличивает и шансы на излечение от рака. Для исследования учёные использовали ткани здоровых мышей и различные виды злокачественной опухоли: рак предстательной железы, рак молочной железы и меланому.

Видео Института интеллектуальных систем имени Макса Планка.

А В ЭТО ВРЕМЯ

Роботы внутри нас

Но не всегда нужно действовать на наноуровне. Требуются и доставщики более крупные, способные перемещать по организму контейнеры размером с таблетку или датчики для более точной диагностики. И здесь нам помогут роботы.

Разработки ведутся сразу во всех частях света. Прототипы уже есть у китайцев, европейцев и американцев.

В Городском университете Гон-Конга создан робот-многоножка. Это по сути крошечный кусочек силикона с добавлением магнитных частиц. В движение он приводится с помощью направленных электромагнитных волн. У него сотни ног-волосков, менее одного миллиметра в длину каждая. Такой способ передвижения позволяет роботу двигаться по любым поверхностям внутри организма. Удивляет грузоподъёмность устройства — робот может доставлять груз весом, в сто раз превышающим его собственный. Учёные думают над версией робота, который после своей миссии будет безопасно перерабатываться организмом.

Более ловко передвигается робот-гусеница, созданная в Институте интеллектуальных систем имени Макса Планка (Германия). Устройство способно ходить, кататься, плавать и даже прыгать. Он, как и китайский собрат, приводится в действие с помощью направленных электромагнитных волн. Разработчики считают, что их детище поможет эффективно бороться с заболеваниями пищеварительной, мочеполовой и кровеносной систем.

Американскую версию робота-доставщика можно увидеть только в микроскоп. Устройство по размерам сопоставимо с клеткой организма (всего 35 тысячных миллиметра в длину). Управляется с помощью электромагнитов. Используется как «траспортное средство» для наночастиц — чтобы помогать им подбираться максимально близко к опухоли и там закладывать «бомбу» из противоракового препарата. Исследователи называют свою разработку «искусственной жгутиковой бактерией». Именно её формой вдохновлялись учёные из Массачусетского технологического института.

Понравился материал?

Подпишитесь на еженедельную рассылку, чтобы не пропустить интересные материалы:

 
Читайте также