Химики из Университета Алабамы в Бирмингеме (University of Alabama at Birmingham) разработали новые микрокапсулы для химиотерапевтических препаратов. Возможно, благодаря этому изобретению направленная доставка лекарств приблизится к доклиническим испытаниям.
Многослойные капсулы обладают тремя достоинствами, объединить которые в одном объекте ранее не удавалось. Во-первых, капсулы обладают высокой контрастностью, поэтому за ними легко наблюдать при помощи маломощного ультразвука. Во-вторых, эти оболочки способны надёжно и стабильно удерживать в себе препарат доксорубицин, используемый для лечения многих типов онкологических заболеваний. И, наконец, в-третьих, капсулы могут быть разрушены как маломощной, так и массированной ультразвуковой волной — это приведёт к высвобождению лекарственного препарата.
Терапевтическую эффективность новой разработки можно повысить, модифицировав поверхность капсул и повысив точность целеуказания. После этого врачи смогут при помощи аппарата для УЗИ-диагностики наблюдать за тем, как нанокапсулы концентрируются в очаге заболевания. Затем лечебный ультразвуковой аппарат при помощи более мощного импульса заставит крошечные «бомбы» разрядиться непосредственно по месту назначения, защищая остальной организм от негативного влияния доксорубицина или другого химиотерапевтического средства. Благодаря новой системе, возможно, удастся преодолеть и те ограничения, которые накладывает на дозировку препарата его токсичность.
Так как разработанный способ доставки позволит врачам точно определять место и время воздействия на опухоль, со временем этот подход сможет заменить обычную хирургию или системную химиотерапию. Об этом сообщают авторы исследования, опубликованного в издании ACS Nano.
«Мы задумали создать принципиально новый подход к лечению плотных опухолей различных подтипов, в том числе — метастатических поражений, вызванных раком кишечника, груди, простаты или лёгких, а также меланомами. Эти капсулы будут использоваться как система доставки, — рассказывает Евгения Харлампиева, доцент отделения химии Университета Алабамы. — Они могут защитить препарат от переработки или преждевременного вымывания из организма».
Харлампиева создала «умные» частицы, работая на стыке нескольких областей науки: химии полимеров, нанотехнологий и биомедицины. По словам учёной, в настоящее время существует огромная, до сих пор не удовлетворённая потребность в управляемых системах доставки лекарств, которые были бы просты в производстве.
Новые капсулы состоят из перемежающихся слоёв биосовместимого таннина и поли-n-винилпирролидона. Слои оборачиваются вокруг ядра из кремния или пористого карбоната кальция, которое растворяется после завершения формирования капсулы. Управляя количеством слоёв, молекулярной массой полимера и соотношением толщины капсулы и её диаметра, учёные смогли изменить физические свойства частиц и их чувствительность к ультразвуку. Благодаря этому, теперь мощность необходимой для расщепления капсулы ультразвуковой волны не превышает предельно допустимые значения.
Чтобы выяснить, насколько хорошо частицы будут отображаться на экране УЗИ-сканера, исследователи создали капсулы диаметром 5 мкм. Частицы такого размера могли бы пройти сквозь лёгочные капилляры — диаметр эритроцитов, для сравнения, составляет от 6 до 8 мкм. Более крупные частицы обладали бы большей контрастностью, но едва ли смогли бы решить задачу доставки препарата непосредственно к месту назначения. Оказалось, что пустые капсулы диаметром 5 мкм, изготовленные из 8 слоёв таннина и «лёгкого» полимера по контрастности сопоставимы с распространяемым материалом для контраста на основе микросфер Definity. А когда в капсулы поместили доксорубицин, контрастность — в зависимости от используемого сканера — увеличилась в 2—8 раз.
Микросферы с доксорубицином оказались чрезвычайно стабильны — их способность отображаться на экране УЗИ-аппарата не изменилась и после 6 месяцев хранения.
Волна ультразвука терапевтической мощности оказалась способна разрушить 50% заполненных препаратом капсул диаметром 5 мкм. Высвобождающегося при этом препарата оказалось достаточно, чтобы обеспечить 97% цитотоксичность в культуре клеток аденокарциномы молочной железы человека. Клетки аденокарциномы, которые выращивались в одной ёмкости с неповреждёнными микрокапсулами, наполненными доксорубицином, остались живы.
Таким образом, по мнению Харлампиевой, новая разработка в сочетании с ультразвуком обладает значительным «терагностическим» потенциалом. При помощи этого термина учёная обозначила двойное назначение капсул — они представляют собой одновременно терапевтическое средство и диагностическое контрастное вещество. Следующим шагом учёных станет исследование капсул на животных моделях. Необходимо выяснить, на протяжении какого времени частицы сохраняются в крови, и как они распространяются по организму.
