Исследователи доказали, что разработанные ими наночастицы, которые не только содержат лекарственные препараты, но и упакованы в белковые молекулы для прикрепления к раковым клеткам, могут лучше остановить рост опухолей простаты, молочной железы и легких у грызунов.
Ученые BIND сделали частицы, которые могут оставаться в крови более суток, увеличивая вероятность того, что лекарства достигнут ткани-мишени. Они также работают над улучшением метода, позволяющего получить большие количества таких средств доставки лекарств, для подготовки к клиническим испытаниям на больных раком в следующем году.
Подход компании основан на технологии самосборки полимеров, разработанной в лаборатории Роберта Лангера (Robert Langer), профессора химической инженерии из MIT, пионера исследований в области биоматериалов. Лангер основал BIND в 2006 году вместе с Омидом Фарохзадом (Omid Farokhzad), ученым и врачом из Гарвардской медицинской школы и бывшим докторантом Лангера.
«Идея использования наночастиц состоит в том, чтобы снизить дозы, сохранив эффективность, и убрать побочные действия», - говорит Петр Гродзинский (Piotr Grodzinski), директор Nanotechnology for Cancer Programs at the National Cancer Institute. Гродзинский считает, что в некоторых случаях наночастицы вполне применимы для увеличения дозы с одновременным понижением токсичности. Это особенно важно для химиопрепаратов, которые часто назначаются в высоких дозах, что приводит к серьезным побочным эффектам. Они настолько опасны, что некоторые пациенты предпочитают отказаться от дальнейшего лечения.
В некоторых из существующих и в целом ряде разрабатываемых препаратов используются наночастицы с липидными мембранами и другие технологии для увеличения продолжительности пребывания лекарства в крови, что позволяет большему количеству молекул действующего вещества достичь тканей-мишеней, распространяясь по кровеносным сосудам. Но никому еще не удалось создать препарат, одновременно увеличивающий время циркуляции и количество селективно доставляемого к раковым клеткам лекарства.
Ядро наночастиц, разработанных в BIND, сделано из биодеградирующих полимеров PLA (полимолочной кислоты) и PLGA (сополимера молочной и гликолевой кислот), в молекулярной сетке которых содержится нужный лекарственный препарат, что уменьшает его диффузию. Наружный слой сделан из гидрофильных молекул полиэтиленгликоля. Это позволяет наночастице избежать обнаружения белками и белыми кровяными клетками, уничтожающими патогены в крови. Внешний слой наночастиц усеян специально разработанными пептидами, которые селективно прикрепляются к заранее определенным клеткам, доставляя к ним свою убийственную «начинку».
При строгом соблюдении химических условий все три компонента спонтанно организуются в наночастицы. «Так как самосборка не требует многочисленных сложных стадий химического процесса, частицы очень легко производить», - говорит Фарохзад. «И мы может делать их килограммами, чего еще не достиг никто». В большинстве технологий, занятых созданием терапевтических наночастиц, сначала делается ядро, которое затем покрывается нужными молекулами. Это более сложный процесс, который бывает трудно повторить в точности.
Используя скрининг для определения лучших частиц-кандидатов, ученые из BIND создали сотни вариантов наночастиц для каждого препарата, а затем определили те из них, которые дольше сохраняются в крови и проявляют более выраженные свойства в достижении тканей-мишеней. Незначительно изменяя концентрацию каждого из трех компонентов, ученым удалось создать наночастицы, которые отличаются размерами, поверхностным зарядом и концентрацией молекул-ориентиров на их поверхности.
Между способностью избегать обнаружения клетками иммунной системы и способностью селективно прикрепляться к нужным клеткам очень тонкий баланс. Если молекул-лигандов на поверхности наночастиц очень много, они слишком быстро уйдут из крови. В то время как ученые традиционно пытаются «загрузить» наночастицу максимальным количеством таких маркеров, Лангер и Фарохзад показали, что наночастицы с меньшим количеством молекул-лигандов на поверхности в действительности проявляют лучшие свойства.
На настоящий момент ученые протестировали свою технологию на 15 различных лекарствах для лечения рака, сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний, но особо сфокусировали свое внимание на химиотерапевтических препаратах. Проверяя терапевтические наночастицы на генетически модифицированных мышах, имеющих клетки человеческих опухолей, ученые показали, что у животных, получавших их наночастицы, сохраняется гораздо более высокая концентрация препарата в опухоли – до 20 раз – в течение 12 часов после введения по сравнению с животными, которые получали как обыкновенные лекарства, так и препарат в наночастицах без молекул-маркеров на их поверхности.
Согласно результатам, представленным в прошлом месяце на конференции в Национальном институте рака, ученым из ВIND удалось увеличить время циркуляции препарата в крови с 3-6 до 24-72 часов. «Они показали действительно впечатляющее время циркуляции», - говорит Джозеф ДеСимон, химик из Университета Северной Каролины, не принимавший участия в работе. «Это гораздо больше, чем все, что я видел в литературе».
Для запланированных клинических испытаний на людях компания еще не определилась ни с типов раковой опухоли, ни с химиотерапевтическим препаратом. Однако процесс расширения производства для получения достаточного количества наночастиц для испытаний идет.
Совместно с фармацевтическими компаниями ученые BIND работают над поиском возможных препаратов, включая не применяемые сейчас из-за тяжелых побочных эффектов, действие которых можно усилить с помощью наночастиц.