Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН разрабатывают нанокомпозитные материалы на основе карбоната кальция и диоксида кремния, которые послужат транспортерами лекарственных средств для лечения раковых заболеваний. По словам ученых, это позволит снизить токсическое влияние противораковой терапии и повысить ее эффективность. Статьи об этом опубликованы в журналах Nanomaterials, Pharmaceutics и Coatings.　

По данным Росстата, начиная с 2015 года в России ежегодно фиксируется более ста тысяч случаев заболеваний, связанных с онкологией. Сегодня существуют различные противоопухолевые препараты на основе доксорубицина, которые активно применяются в рамках химиотерапии. Лекарства направлены на замедление или прекращение деления раковых клеток, но в то же время оказывают негативное влияние на организм человека и имеют множество побочных эффектов. Среди неблагоприятных последствий терапии у пациентов могут развиваться серьезные нарушения в работе сердца, а также поражение тканей и сосудов во время внутривенного введения. Для увеличения эффективности лечения и уменьшения токсического воздействия химиопрепарата на организм ученые из лаборатории биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН предлагают транспортировать лекарственные препараты к опухоли при помощи наночастиц.

Микроскопические фотографии наночастиц смешанного оксида железа, карбоната кальция и их наногибрида, а также снимок наноматериалов на магнитном штативе

«Упаковка и доставка противоопухолевых лекарств в организм остается одной из главных проблем для всего медицинского мира. Сегодня еще не существует полноценного лечения, обладающего гарантированным эффектом, в том числе и потому, что у препарата низкое биораспределение. Он далеко не весь доходит до раковых клеток, параллельно затрагивая здоровые клетки органов. Но всё же воздействие на опухоль происходит за счет того, что ее клетки активно растут и делятся, им необходимо потреблять больше различных веществ, соответственно, и лекарственных средств они употребят больше. Наночастицы могут послужить доставщиками таких препаратов. Благодаря своей структуре и стабильности в кровотоке наночастицы способны пронести препарат через организм и обеспечить большее попадание в нужные клетки. Сами по себе эти частицы считаются биосовместимыми и биоразлагаемыми, поэтому не наносят вреда организму», — рассказывает заведующая лабораторией биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Елена Владимировна Дмитриенко.　

Сотрудники ИХБФМ СО РАН на сегодняшний день создали несколько вариантов наночастиц, каждый из которых имеет свои преимущества. Первый из них представляет собой частицу карбоната кальция (CaCO3) размером менее 200 нанометров, второй также обладает размером менее 200 нм и состоит из магнитного ядра, покрытого карбонатом кальция — CaCO3. Выбор карбоната кальция как основного материала наночастиц, так и внешнего слоя обусловлен тем, что карбонат кальция биосовместим, полностью разлагается и бесследно выводится из организма. Его пористая структура позволяет нести в себе достаточное количество лекарственного средства, успешно доставить его по кровотоку к раковым клеткам и ингибировать их. Попадая в нужные клетки, содержимое высвобождается и начинает действовать на опухоль. Наночастицы карбоната кальция с магнитным ядром могут быть доставлены под действием внешнего магнитного поля, кроме того, магнитные наночастицы после накопления в опухоли способны локально нагреваться под действием магнитного поля и вызывать гибель раковых клеток. Единственный недостаток частицы на основе карбоната кальция в том, что она сложно подвергается поверхностным химическим модификациям. Несмотря на всю эффективность, такую наночастицу проблематично модифицировать, например направляющими компонентами, без потери ее физических свойств. Такие модификации необходимы для точечной направленности препарата в раковые клетки и исключения того, что он также может проникнуть в здоровые и вызвать нежелательное токсическое воздействие. В качестве альтернативы ученые разработали наночастицу, в которой покрытием служит диоксид кремния.　

«Диоксид кремния, так же как и карбонат кальция, считается биосовместимым и биоразлагаемым. Методы создания частиц на его основе хорошо изучены, однако ранее не удавалось решить проблему их излишней агрегируемости. У многих исследователей они получаются слипшимися, что ухудшает их распределение в биологической среде. Варьируя компоненты исходной реакционной смеси, нам удалось получить изолированные друг от друга наночастицы. Диоксид кремния интересен в первую очередь своей способностью к химическим модификациям, взаимодействию с другими функциональными группами, к нему легко присоединить различные биомолекулы, например нуклеиновые кислоты и другие. Раковые клетки обладают особыми рецепторами, а поверхность наночастицы на основе диоксида кремния мы можем модифицировать веществом, которое выступает адресующим агентом. Таким образом, направленная частица с лекарственным препаратом внутри с большей точностью достигнет цели», — отмечает младший научный сотрудник лаборатории структурной биологии Виктория Константиновна Попова.　

Эксперименты в лаборатории проводят преимущественно на клетках, но также наночастицы тестировались и на мышах. По словам ученых, исследование показывает, что наноматериалы нетоксичны и в содействии с доксорубицином оказывают терапевтический эффект. Они достаточно универсальны и в зависимости от содержащегося в них препарата могут применяться для лечения любых видов опухолей, чувствительных к нему, на любой стадии болезни.