Ученые Института интеллектуальных кибернетических систем НИЯУ МИФИ в своих исследованиях с коллегами из других институтов смогли получить новую эмульсию, позволяющую лечить рак кислородозависимым методом даже в бескислородной среде.
Одним из наиболее «щадящих» способов лечения рака принято считать фотодинамическую терапию — она позволяет уничтожать опухоль за счет перевода молекул кислорода в активную разрушительную для клеток форму, в этом ей помогают свет и специальная молекула-активатор. Однако в особо агрессивных новообразованиях могут возникать бескислородные условия, в которых такой подход не поможет. Разработанная учеными эмульсия одновременно служит источником и молекулярного кислорода, и активирующего его вещества. В результате она позволяет применять фотодинамическую терапию для борьбы со сложными опухолями на поздних стадиях.
В опухолях, особенно на поздних стадиях, нередко возникают условия, которые позволяют им противостоять традиционной терапии. Например, из-за активного деления в новообразовании появляются зоны, в которых практически нет кислорода. В результате раковые клетки начинают активно мутировать, чтобы приспособиться к гипоксии. Часть из них перестраивают свой метаболизм на бескислородный режим и приобретают устойчивость к лечению, в том числе и химиотерапевтическим препаратам.
Из-за нехватки кислорода иммунные клетки в опухоли теряют свою активность. Они не могут преобразовывать кислород в активные формы, и способ борьбы с раком перестает работать.
Ученые из межинститутской научной группы заставили фотодинамическую терапию работать даже в таких условиях. Для этого они предложили принести кислород в опухоль в составе специальной эмульсии — гидрофобных нанокапель в воде. Их создали путем ультразвуковой обработки изначально несмешиваемой смеси.
Чтобы убить раковые клетки, авторы синтезировали специальные вещества — фотосенсибилизаторы — фторсодержащие производные хлорина. Это жесткий остов из атомов углерода и азота, который хорошо поглощает свет в красной области. В ней ткани организма оптически прозрачны, а значит, можно будет лечить даже довольно глубокие опухоли.
Эксперименты показали, что эмульсия оставалась стабильной при 4°C и -20°C — то есть при хранении в обычном холодильнике и морозильнике соответственно — в течение не менее 30 дней, поэтому в перспективе в больницах не придется каждый раз готовить новый раствор для пациента.
Разработку исследователи проверили на клетках карциномы толстой кишки человека. Они вырастили культуру опухолевых клеток в бескислородных условиях и добавили эмульсию в питательную среду. В темноте никакого неконтролируемого эффекта не наблюдалось, однако освещение красным лазером быстро запускало гибель клеток. Массированная «бомбардировка» клеток продуктами запущенных фотохимических реакций не позволяет опухоли восстановиться, и она буквально лопается изнутри.
«Наш подход позволит как значительно улучшить эффективность фотодинамического лечения рака, так и расширить его применимость на случаи гипоксических злокачественных опухолей, которые агрессивны и часто не поддаются общепринятым методам терапии. Мы подробно охарактеризовали технологию получения терапевтической эмульсии и описали шаг за шагом механизм ее действия на опухолевых клетках. Наши результаты позволяют нам перейти к исследованиям на мышах, развивая идею фотодинамической терапии в гипоксии, а также исследовать применимость этой эмульсии для других кислородозависимых методов противоопухолевой терапии. Мы нашли условия, при которых эмульсия приносит кислород в гипоксические клетки и позволяет его “активировать” — это важно и для развития подходов и химиотерапии, и лучевой терапии в сложных случаях, когда кислород нужен при лечении, а его в тканях нет», — рассказала сотрудник лаборатории «Хемоинформатика и молекулярное моделирование» НИЯУ МИФИ Алина Маркова.
В исследованиях также приняли участие исследователи из Института биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН, Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова, Национального медицинского исследовательского центра онкологии имени Н.Н. Блохина, МИРЭА — Российского технологического университета и и Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».С работой можно ознакомиться на страницах International Journal of Molecular Sciences.
