Двойной удар: наноконтейнеры доставят химиопрепараты прямо к опухоли и усилят их эффект

Ученые разработали наноконтейнеры, которые одновременно и доставляют лекарство от рака непосредственно к опухолевым клеткам, и помогают ему разрушать новообразование. В основе таких «доставщиков» лежат древовидные молекулы, которые в воде самостоятельно собираются в наночастицы. Разработка поможет эффективнее бороться с опухолями, минимизировав при этом вред, наносимый химиопрепаратами здоровым тканям и органам. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials Today Chemistry.

Один из основных методов борьбы со злокачественными опухолями — химиотерапия. Однако, несмотря на высокую эффективность, она приводит к тяжелым побочным эффектам для пациента, поскольку агрессивные лекарства убивают и здоровые клетки. Кроме того, новообразования со временем, подобно бактериям, способны развивать устойчивость к препаратам. Поэтому ученые ищут «умные» системы, которые бы доставляли лекарство точно к цели, не затрагивая здоровые органы и ткани, и помогали избежать развития устойчивости к лечению у опухоли.

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань), Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр РАН» (Казань) с коллегами из Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси (Беларусь) разработали умную систему «два в одном»: она работает и как курьер, доставляя противораковый препарат непосредственно в опухолевые клетки, и как самостоятельный агент, который атакует новообразование.

В основе разработки лежат дендримеры — трехмерные полимерные молекулы, которые по строению напоминают дерево с пышной кроной: в них от центрального ядра отходит множество разветвленных цепочек атомов.

В качестве ядра для таких молекул авторы выбрали сложное органическое соединение, состоящее из четырех бензольных колец, соединенных атомами серы. Интересно, что кольца в этой молекуле формируют структуру, похожую на чашу. Такое строение ядра способствует тому, что молекула изначально имеет определенную организованную структуру. Это позволяет использовать дендримеры на основе предложенного ядра в качестве удобного элемента наноконтейнера для доставки лекарств.

«Пришив» к ядру дополнительные молекулы-«ветви», химики получили серию дендримеров, способных захватывать и удерживать известный препарат для химиотерапии — 5-фторурацил. В воде такие комплексы самопроизвольно собираются в стабильные наночастицы, размер которых хорошо подходит для их проникновения и накопления в опухолевых клетках. Эксперименты с раковыми клетками показали, что дендримеры оказывают двойное действие: они не просто служат переносчиком для 5-фторурацила, но и сами по себе проявляют противоопухолевую активность.

«Самым интересным оказалось то, что дендримеры и химиопрепарат, который они несут, взаимно усиливают друг друга. Это позволяет снизить концентрацию доставляемого лекарства и тем самым избежать побочных эффектов. Так, наши исследования показали, что в концентрациях, которые смертельны для опухолевых клеток, наночастицы не проявляют значительного токсического эффекта по отношению к здоровым клеткам крови человека», — поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Павел Падня, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета.

Таким образом, предложенная учеными стратегия «двойного удара» может помочь в создании более безопасных и эффективных протоколов лечения опухолей. Возможность значительно снизить дозу токсичного лекарства без потери эффективности — это прямой путь к улучшению качества и продолжительности жизни пациентов с онкологическими заболеваниями. В перспективе системы на основе дендримеров могут стать частью персонализированной медицины, где терапия будет подбираться не только по типу опухоли, но и доставляться максимально адресно, нанося минимальный урон организму в целом.

«В дальнейшем мы планируем улучшать разработанные системы с точки зрения еще большего повышения их безопасности и снижения токсичности, а также исследовать возможность их использования в комбинации с другими современными химиотерапевтическими препаратами. Еще одним важным направлением дальнейшей работы станет изучение эффективности разработанных систем в живых организмах, что, в случае положительных результатов, даст возможность внедрить результаты в медицинскую практику», — рассказывает Павел Падня.