01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Медицина
12 октября 2016
Витамины от рака: новый метод лечения онкологии

Как разрушить злокачественную опухоль с помощью рибофлавина?

Clare Black/Flickr

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.

7570d744bfe2b8c500bad61fdacd12c7cd7af1ea
Механизм уничтожения опухоли на поверхности биоткани путем воздействия синим или ультрафиолетовым светом на рибофлавин, введенный внутривенно
nature.com

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.

Eb81132e607139d6147933d060ace77ed24379af
Нанокомплекс, состоящий из апконвертирующей наночастицы и молекулы витамина B2 (Rf), для глубокой фотодинамической терапии и диагностики раковых опухолей
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.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое