Chemia jednostrzałowa

Według eksperymentów przeprowadzonych przez naukowców z MIT i Harvard Medical School pojedyncze leczenie nanocząsteczkami zawierającymi lek skutecznie niszczy guzy raka prostaty u myszy. To podejście może prowadzić do skutecznych terapii bez skutków ubocznych związanych z terapią przeciwnowotworową, twierdzą naukowcy.

Zrobiliśmy pojedynczy wstrzyknięcie cząstek, a następnie obserwowaliśmy guz przez następne 109 dni i wykazaliśmy, że praktycznie udało nam się całkowicie wyeliminować guza, mówi Omid Farokhzad, asystent profesora anestezjologii w Harvard Medical School, który wraz z Robertem Langerem: Badaniami kierował profesor inżynierii chemicznej na MIT. Ponieważ składniki użyte do stworzenia systemu leków nanocząsteczkowych zostały już zatwierdzone przez FDA do innych celów, naukowcy mają nadzieję na szybkie uzyskanie zgody na testowanie nowej technologii na ludziach. Wyniki zostały opublikowane w tym tygodniu w Proceedings of National Academy of Sciences.

[Aby zobaczyć obraz komórek z osadzonymi nanocząsteczkami, kliknij tutaj.]

Ponieważ wielu pacjentów regularnie przechodzi badania przesiewowe w kierunku raka prostaty, lekarze coraz częściej odkrywają i leczą tę chorobę na wczesnym etapie, kiedy nadal ogranicza się ona do pojedynczych guzów. Na tym etapie pojedyncze wstrzyknięcie materiałów radioaktywnych bezpośrednio do guza może być skutecznym leczeniem, zabijającym guza w ciągu kilku miesięcy. Ale to leczenie ma skutki uboczne, takie jak zaburzenia erekcji, u około 40 procent pacjentów, mówi Farokhzad. Chirurgia, inna opcja, wiąże się z ryzykiem powikłań. W przypadku raka w późniejszym stadium alternatywą jest chemioterapia, ale wiąże się to również ze skutkami ubocznymi – i wymaga wielu dawek.

Naukowcy są przekonani, że nanocząsteczki powinny zapewnić jednorazową przewagę radioterapii, ale bez skutków ubocznych, po części dlatego, że cząsteczki dostarczają leki specyficznie do wnętrza komórek rakowych, zapobiegając uszkodzeniu zdrowej tkanki.

Aby wytworzyć nanocząsteczki, naukowcy mieszają lek na raka prostaty (docetaksel) i polimery, które są już zatwierdzone przez FDA (jeden z nich służy do szycia szwów). Polimer utworzył kulki z uwięzionymi wewnątrz lekami. Naukowcy następnie chemicznie przyczepiają fragmenty RNA, zwane aptamerami, do powierzchni kulek. RNA fałduje się w kształty, które dopasowują się do komplementarnych struktur na powierzchni komórek raka prostaty.

W eksperymentach na myszach naukowcy pozwolili guzom urosnąć do określonego rozmiaru przed wstrzyknięciem docelowych nanocząstek lub jednej z różnych substancji kontrolnych bezpośrednio do guza. W grupie kontrolnej, w której stosowano sól fizjologiczną, nanocząsteczki polimerowe bez leku lub sam lek, prawie wszystkie myszy zginęły podczas eksperymentu. W przeciwieństwie do tego, wszystkie myszy, którym wstrzyknięto docelowe nanocząstki, przeżyły iw większości przypadków (pięć z siedmiu) guzy zniknęły.

Kluczem do skuteczności nanocząstek jest zdolność ich nici RNA do wiązania się z błoną komórkową raka. Komórka następnie wciąga cząstki do środka. Posiadanie cząsteczek wewnątrz komórki ma dwie zalety: dostarcza lek tam, gdzie jest to konieczne do zabicia komórek i zmniejsza stężenie leku na zewnątrz komórek rakowych, zmniejszając w ten sposób toksyczność dla zdrowej tkanki. Pomaga również fakt, że polimer uwalnia lek stopniowo – lek jest uwalniany w ciągu godzin lub dni potrzebnych na wciągnięcie cząstek do komórek, gdzie nadal jest uwalniany, zabijając komórki.

W przeciwieństwie do tego, gdy lek jest wstrzykiwany do guza bez enkapsulacji wewnątrz cząstek, ma on niewielki wpływ, a guz nadal rośnie. Najwyraźniej lek dyfunduje z obszaru guza, zanim zdąży zabić wszystkie komórki rakowe.

Wczesne testy toksyczności nanocząstek mogą rozpocząć się za dwa lata, jeśli dalsze badania na zwierzętach powiodą się, mówi Farokhzad.

Technologia dostarczania leków jest częścią większego wysiłku naukowców, którego celem jest wykorzystanie nanotechnologii do zrewolucjonizowania leczenia raka. Na przykład Joseph DeSimone, profesor chemii i inżynierii chemicznej na University of North Carolina w Chapel Hill i North Carolina State University, rozpoczął niedawno badania na myszach z wykorzystaniem własnych nanocząstek polimerowych do dostarczania leków. Lekarz z Uniwersytetu Michigan Jamesa Bakera nanocząsteczki oparte na silnie rozgałęzionych strukturach, zwanych dendrymerami, również okazały się skuteczne w walce z rakiem u gryzoni.

Naukowcy z MIT-Harvard pracują również nad zwalczaniem raka trzustki, a ostatecznie raka piersi i chorób układu krążenia. Henry Brem, neurochirurg i dyrektor wydziału neurochirurgii w Johns Hopkins University School of Medicine, chciałby zaadaptować nanocząsteczki do leczenia raka mózgu, zwłaszcza do leczenia guzów trudno dostępnych chirurgicznie. Nie wpłynie to na mózg, wpłynie tylko na komórki nowotworowe. Po prostu wstrzyknięcie go do guzów i zlikwidowanie ich byłoby ogromnym krokiem naprzód dla onkologii neuronalnej. Gdybyśmy mogli go zdobyć, zrobilibyśmy to jutro, w laboratorium, mówi.

Ostatecznie naukowcy z MIT-Harvard mają nadzieję zaprojektować nanocząsteczki, które można by wstrzykiwać do krwioobiegu, z którego mogliby wyszukiwać komórki rakowe w dowolnym miejscu ciała, umożliwiając leczenie raka z przerzutami w późnym stadium. Chociaż stanowi to niewielki procent pacjentów, którzy faktycznie mają tę chorobę, są to ci, którzy nie mają dostępnej opcji terapeutycznej, mówi Farokhzad. Pomysł posiadania nanocząsteczek, które mogą krążyć w organizmie, znajdować komórki rakowe i je zabijać, jest bardzo, bardzo atrakcyjny.

W tym celu opracowują biblioteki nanocząstek o różnych rozmiarach o różnych właściwościach chemicznych i przyłączeniach molekularnych, które przetestują in vitro i in vivo, aby zidentyfikować te, które są najskuteczniejsze w znajdowaniu i niszczeniu komórek rakowych bez osadzania się w zdrowych narządach.

ukryć