Витамины от рака: новый метод лечения онкологии

Какие наночастицы могут превращать инфракрасное излучение в ультрафиолетовое, что помогает витамину В2 (рибофлавину) концентрироваться в злокачественных опухолях и убивать их и какие инъекции в будущем могут спасти от рака, корреспонденту Indicator.Ru рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, — Евгений Хайдуков.

Российскому коллективу ученых при участии соотечественников, работающих за рубежом, удалось выяснить, что витамины можно использовать для лечения рака. Авторы показали, что витамин В2 способен эффективно накапливаться в раковых клетках, и нашли способ его фотоактивации («включения» с помощью света) в глубине биотканей для проведения терапии раковых опухолей. Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале Scientific Reports. Работа велась при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).

«Суть проблемы состояла в том, что раньше невозможно было активировать рибофлавин в раковой опухоли. Мы же нашли способ его фотоактивации благодаря использованию так называемых апконвертирующих наночастиц», — рассказывает один из авторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики поверхности и лазерно-плазменных процессов Института фотонных технологий ФНИЦ «Кристалография и фотоника» РАН, руководитель гранта РНФ, кандидат физико-математических наук Евгений Хайдуков.

Рибофлавин и наночастицы

Эффективные фотосенсибилизирующие (связанные с воздействием света) свойства рибофлавина были известны давно. Витамин В2 способен нарабатывать активные формы кислорода, уничтожающие раковые клетки. Но суть вопроса сводилась к тому, чтобы научиться активировать (возбуждать) рибофлавин в глубине тканей и запускать нужный каскад реакций. Это вещество способно перейти в возбужденное состояние, если на него воздействовать лучами света в синем или ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, но, к сожалению, такой свет не проникает в ткани на глубину, достаточную для уничтожения опухоли.

Известно, что существует так называемое «окно прозрачности» биологических тканей в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. Свет ближнего ИК диапазона спектра не представляет вреда для человека и способен проникать в глубину тканей нашего тела. Таким образом, нужно было создать «посредника», способного преобразовывать ИК-свет в фотоны синего и ультрафиолетового диапазона спектра, необходимые для активирования рибофлавина.

Наилучшим кандидатом на роль «посредника» выступили апконвертирующие (преобразующие инфракрасное излучение в ультрафиолетовое) наночастицы NaYF₄:Yb³⁺:Tm³⁺, обладающие уникальными оптическими свойствами. Ионы лантанидов в наночастицах при последовательном поглощении квантов ИК-света переходят в метастабильное возбужденное состояние. В этом состоянии энергия, запасенная в наночастицах, при определенных условиях может безызлучательно передаваться молекулам рибофлавина, который, в свою очередь, нарабатывает активные формы кислорода, уничтожающие раковые клетки.

Сколько нужно витаминов

Ученые определили критический уровень рибофлавина, который нужно обеспечить в опухоли, для того чтобы ее можно было уничтожить. Оказалось, что необходимая концентрация рибофлавина составляет 30 мкM. На следующем этапе исследования нужно было понять: можно ли получить требуемую высокую концентрацию витамина в опухоли? Оказалось, что и это возможно.

«Рибофлавин, или витамин В2, является уникальным биологически активным веществом, играющим важную роль в поддержании здоровья человека. Дело в том, что у рибофлавина огромный окислительно-восстановительный потенциал: его производные входят в состав большого числа важнейших ферментов. Таким образом, рибофлавин играет важнейшую роль транспортера энергии в клетках», — подчеркивает Евгений Хайдуков.

Механизм накопления рибофлавина в раковых клетках остается не до конца ясным. По-видимому, это связано с тем, что скорость деления раковых клеток значительно выше, чем у здоровых клеток, то есть потребность в энергии у раковых клеток возрастает. Именно это и приводит к тому, что они так «любят» витамин В2.

Используя этот механизм, можно обеспечить необходимую концентрацию рибофлавина в опухолевых тканях. При его системном введении абсолютно отсутствует негативное воздействие на организм в целом, поскольку рибофлавин не наклапливается, а любой его избыток легко выводится.

Как поражаются опухоли

Российские ученые получили активный супрамолекулярный комплекс, содержащий рибофлавин и апконвертирущие наночастицы (нанофосфоры), которые запускают каскад реакций, приводящих к выделению активных форм кислорода и к уничтожению раковых клеток. Этот комплекс будет вводиться внутривенно.

Накопление супрамолекулярного комплекса в опухоли становится возможным благодаря EPR-эффекту. Он заключается в том, что опухоль уязвима из-за особенностей ее сосудистой системы. Когда опухоль развивается, клетки выбрасывают так называемые факторы роста в большом количестве, и поэтому сосуды, которые растут в опухоли, не успевают сформироваться правильно и обладают большим количеством дефектов. По словам ученого, их можно представить как «ржавые трубы с дырами». Из этих «дырок» супрамолекулярный комплекс может «выпасть» и остаться в опухоли. Поэтому фактически получается, что при вводе в кровоток препарата, комплексы «выпадают» из сосудов, концентрируясь в опухоли. После этого остается только включить инфракрасный свет, и опухоль начинает гибнуть.

Наличие в спектре фотолюминесценции комплекса линии на длине волны 800 нм в дополнение к описанным возможностям позволяет одновременно проводить оптическую визуализацию состояния опухолевых тканей. Это делает созданный учеными супрамолекулярный комплекс тераностическим агентом, обеспечивающим как диагностику, так и терапию.

«Пока исследования проводились на лабораторных мышах, которым была привита злокачественная опухоль человека — рак молочной железы. При однократном воздействии наблюдалось ремиссия заболевания и уменьшение объема опухоли более чем на 90%», — говорит Евгений Хайдуков.

Ученые планируют дальнейшее сотрудничество со специалистами из Российского онкологического научного центра имени Н.Н. Блохина, которые являются соавторами представленной работы. Следующим шагом станут доклинические испытания полученной методики.