Вчені представили наночастинки, здатні долати гематоенцефалічний бар’єр

Вчені налаштовані оптимістично, що їхній метод, який показав початкову перспективу в доклінічних моделях, зрештою може бути використаний для лікування як метастазів у головному мозку, так і первинних пухлин молочної залози за допомогою однієї терапії.

Дослідники з Всебічного онкологічного центру Сильвестра при Школі медицини Міллера Університету Маямі створили наночастинку, здатну долати гематоенцефалічний бар’єр. Їх метою є усунення первинних пухлин молочної залози та метастазів у головний мозок за одну процедуру. Лабораторні дослідження свідчать про ефективність цього методу при зменшенні розмірів пухлин як грудей, так і мозку.

Метастази в мозок, як називають ці вторинні пухлини, найчастіше виникають із солідних пухлин, таких як рак молочної залози, легенів і товстої кишки, і часто пов’язані з поганим прогнозом. Коли рак порушує мозок, лікування може бути складним, частково через гематоенцефалічний бар’єр, майже непроникну мембрану, яка відокремлює мозок від решти тіла.

Розробка наночастинок і стратегія подвійних ліків

За словами Шанта Дхара, доктора філософії, доцента біохімії та молекулярної біології та помічника директора з технологій, наночастинки команди Сильвестра одного разу можна буде використовувати для лікування метастазів з додатковою перевагою лікування первинної пухлини. та Інновації у Сильвестра, який керував дослідженням. Вона є старшим автором статті, опублікованої 6 травня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Завантаживши частинку двома проліками, які націлені на мітохондрії, центр виробництва енергії клітини, дослідники показали, що їхній метод може зменшити пухлини грудей і мозку в доклінічних дослідженнях.

«Я завжди кажу, що наномедицина — це майбутнє, але, звичайно, ми вже були в цьому майбутньому», — сказав Дхар, маючи на увазі комерційно доступні вакцини проти COVID-19 , у складі яких використовуються наночастинки. «Наномедицина, безумовно, також майбутнє для лікування раку».

У новому методі використовується наночастинка з біорозкладаного полімеру, раніше розроблена командою Дхар, у поєднанні з двома препаратами, також розробленими в її лабораторії, які спрямовані на джерела енергії раку. Оскільки ракові клітини часто мають іншу форму метаболізму, ніж здорові клітини, придушення їх метаболізму може бути ефективним способом знищення пухлин без шкоди для інших тканин.

Один із цих препаратів є модифікованою версією класичного хіміотерапевтичного препарату цисплатину, який вбиває ракові клітини, пошкоджуючи ДНК швидко зростаючих клітин, фактично зупиняючи їх ріст. Але пухлинні клітини можуть відновлювати свою ДНК, що іноді призводить до стійкості до цисплатину. Команда Дхара модифікувала препарат, щоб перемістити його ціль з ядерної ДНК, ДНК, яка складає наші хромосоми та геном, на мітохондріальну ДНК. Мітохондрії є джерелами енергії для наших клітин і містять власні, набагато менші геноми — і, що важливо для терапевтичних цілей проти раку, вони не мають такого самого механізму відновлення ДНК, як наші більші геноми.

Оскільки ракові клітини можуть перемикатися між різними джерелами енергії, щоб підтримувати свій ріст і проліферацію, дослідники об’єднали свій модифікований цисплатин, який вони називають Платин-М і атакує процес генерації енергії, відомий як окисне фосфорилювання, з іншим препаратом, який вони розробили, Mito-DCA, який спеціально спрямований на мітохондріальний білок, відомий як кіназа, і пригнічує гліколіз, інший вид генерації енергії.

Подолання гематоенцефалічного бар’єра

Дхар сказав, що розробка наночастинки, яка може отримати доступ до мозку, була довгою. Вона працювала над наночастинками всю свою незалежну кар’єру, і в попередньому проекті, присвяченому вивченню різних форм полімерів, дослідники помітили, що невелика частка деяких із цих наночастинок досягла мозку під час доклінічних досліджень. Шляхом подальшого вдосконалення цих полімерів команда Дхара розробила наночастинку, яка може долати як гематоенцефалічний бар’єр, так і зовнішню мембрану мітохондрій.

«Було багато злетів і падінь, щоб з’ясувати це, і ми все ще працюємо над тим, щоб зрозуміти механізм, за допомогою якого ці частинки перетинають гематоенцефалічний бар’єр», – сказав Дхар.

Потім команда випробувала спеціалізовані наночастинки, наповнені ліками, у доклінічних дослідженнях і виявила, що вони зменшують як пухлини молочної залози, так і клітини раку молочної залози, які були посіяні в мозку, щоб утворити там пухлини. Комбінація наночастинок і ліків також виявилася нетоксичною та значно збільшила виживаність у лабораторних дослідженнях.

Потім команда хоче випробувати свій метод у лабораторії, щоб більш точно відтворити метастази в людському мозку, можливо, навіть використовуючи ракові клітини, отримані пацієнтами. Вони також хочуть випробувати препарат на лабораторних моделях гліобластоми, особливо агресивного раку мозку.

«Мене справді цікавить хімія полімерів, і використання її в медичних цілях мене справді захоплює», — сказав Акаш Ашокан, докторант Університету Маямі, який працює в лабораторії Дхара та співавтор дослідження разом із докторантом Шрітою Саркар. «Приємно бачити, що це застосовується до терапії раку».