Исследователи МФТИ модифицировали поверхность наночастиц золота лектинами — белками, которые распознают характерные углеводные структуры на поверхности опухолевых клеток. Такой подход позволил обеспечить адресную доставку наночастиц в опухоль, используя их одновременно для диагностики и фототермической терапии.
Работа научной группы Физтеха относится к тераностике — направлению, объединяющему диагностику и терапию опухолей в рамках единой платформы. Одна из главных задач при создании таких систем — «научить» препарат отличать опухолевые клетки от здоровых и накапливаться именно там, где требуется его действие. Для этого используют молекулярные мишени, которые служат своеобразным «адресом» опухоли.
«Летом мы ищем звезды в небе, а здесь все наоборот: золотые нанозвезды должны были сами найти свою цель — опухоль. Навигатором для них стали лектины, распознающие своеобразный «сахарный паспорт» раковых клеток. Достигнув опухоли, нанозвезды под действием ближнего инфракрасного света превращают свет в тепло и уничтожают опухолевые клетки», — рассказала руководитель исследования, руководитель лаборатории биохимических исследований канцерогенеза МФТИ, доктор биологических наук Виктория Шипунова.
У разных опухолей набор мишеней различается. Например, при выборе терапии рака молочной железы учитывают три ключевых маркера: рецепторы эстрогена (ER) и прогестерона (PR), а также рецептор эпидермального фактора роста человека 2-го типа (HER2). Однако при трижды негативном раке молочной железы ER и PR не экспрессируются, а гиперэкспрессия HER2 отсутствует. Поэтому стандартные варианты таргетной терапии, направленные на эти мишени, неприменимы, и исследователям приходится искать другие молекулярные ориентиры на поверхности опухолевых клеток.
«Если у опухоли нет привычных белковых мишеней, это еще не значит, что она становится невидимой. При злокачественном перерождении меняется не только набор белковых рецепторов, но и состав углеводных структур на поверхности клетки. Наша идея состояла в том, чтобы распознать эти изменения с помощью лектинов и использовать их как проводники для адресной доставки наночастиц. Такой подход особенно важен для опухолей, у которых классические терапевтические мишени отсутствуют», — пояснила Виктория Шипунова.
Для решения этой задачи ученые МФТИ создали тераностический агент на основе золотых нанозвезд. Их поверхность модифицировали лектинами, способными распознавать характерные углеводные структуры на опухолевых клетках. Лектины обеспечивают адресную доставку и удержание наночастиц в опухоли, а золотые нанозвезды поглощают лазерное излучение и преобразуют его в тепло, позволяя визуализировать и разрушать опухолевую ткань.
Особенно важно было получить частицы заданного размера и формы. Именно геометрия нанозвезд определяет их оптические свойства и способность эффективно поглощать ближнее инфракрасное излучение. Синтезированные наноструктуры имели средний размер 72 ±18 нм и звездчатую форму с острыми выступами.
Эксперименты показали, что у полученных наночастиц два пика поглощения света, преобразуемого в тепловую энергию — 560 и 833 нм (в отличие от наноструктур сферической формы, у который пик поглощения один). Вторая цифра критически важна, поскольку длина волны 833 нм как раз попадает в «окно прозрачности» биологических тканей — диапазон от 650 до 900 нм, в котором свет слабее поглощается компонентами тканей и может проникать на большую глубину. Это позволяет локально нагревать наночастицы в опухоли, сводя к минимуму воздействие на окружающие здоровые ткани.
Второй задачей ученых было выявить наиболее эффективный таргетный агент для доставки нанозвезд к раковым опухолям. Общий принцип действия таргетного агента основывался на лектино-гликанном взаимодействии. Авторы исследовали шесть лектинов растительного происхождения, различающихся по специфичности к углеводным структурам. Наибольшую селективность показал конъюгат AuNS-SBA — нанозвезды, модифицированные агглютинином соевых бобов. Такие наночастицы связывались с опухолевыми клетками значительно эффективнее, чем с клетками эндотелия.
Следующим этапом стали эксперименты на мышах с солидными опухолями. С помощью оптической томографии исследователи проследили путь флуоресцентно-меченых AuNS-SBA в организме и убедились, что конъюгаты достигают опухоли и накапливаются в ней. После того как нанозвезды накопились в опухоли, ее облучали лазером в ближнем инфракрасном диапазоне. Частицы поглощали свет и превращали его в тепло: температура опухоли повышалась на несколько градусов, тогда как окружающие здоровые ткани практически не нагревались.
После одной инъекции AuNS-SBA и одной процедуры фототермической терапии к 18-му дню эксперимента подавление роста опухоли достигло 100 %. Иными словами, адресная доставка позволила нанозвездам выполнить обе задачи: сначала обозначить место опухоли, а затем точечно воздействовать на нее с помощью света.
«Мы показали, что лектины могут выступать в роли эффективных адресующих молекул и обеспечивать доставку наночастиц к опухоли за счет распознавания измененного профиля гликозилирования. Такой подход не заменяет антитела, но существенно расширяет набор инструментов для создания таргетных систем, особенно для опухолей без подходящих белковых мишеней», — отметила Виктория Шипунова.
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
