Наночастици, заредени с наркотици, ново оръжие срещу метастази на рак на белия дроб

ново

Учени от Института за биологично инженерство Wyss на Харвардския университет и Училището по инженерство и приложни науки Джон Паулсън (SEAS) са намерили начин за доставяне на химиотерапевтични наночастици в белите дробове с 10 пъти по-голям успех, с драстично подобрено оцеляване при мишки с рак на белия дроб метастатичен, както е публикувано в списание ‘en Science Advances’.

Химиотерапията е гръбнакът на лечението на рака от десетилетия. Но е известен със своята токсичност за здрави клетки, тежки странични ефекти и лошо насочване на прогнозираните тумори.

Усилията за подобряване на ефикасността и поносимостта на химиотерапията при рак на белия дроб са насочени към „опаковане“ на лекарства в наночастици. Те могат да ги предпазят от разпадане в организма, да контролират начина им на освобождаване и да предпазят пациента от някои странични ефекти на лекарството.

Наночастиците обаче досега не са показали значително натрупване в целевите места. Дори когато са проектирани с повърхностни протеини, проектирани да се свързват със специфични тъкани, най-вече защото черният дроб и далакът бързо ги отстраняват от кръвта.

Техника ELeCt

Нова техника, наречена ELeCt (химиотерапия с еритроцити с левъридж), разработена от Wyss Institute и SEAS. И двамата имат за цел да разрешат тези проблеми, използвайки древния трик с троянски коне. В този процес те контрабандират натоварени с наркотици наночастици в ракова белодробна тъкан, като ги монтират върху червените кръвни клетки на тялото (еритроцити).

Когато червените кръвни клетки се притискат плътно през малките белодробни капиляри, наночастиците се изрязват и абсорбират от белодробните клетки с десет пъти по-голям успех от плаващите наночастици. В допълнение, те значително подобряват оцеляването на мишки с метастази на рак на белия дроб.

„Между 30 и 55% от пациентите с напреднал рак имат метастази в белите дробове поради големия им брой капиляри и понастоящем няма лечение за самата белодробна метастаза“, обяснява съавторът Zongmin Zhao, постдокторант в Samir Mitragotri's лаборатория в Wyss Institute и SEAS.

"ELeCt експлоатира същите кръвоносни съдове, за да доставя ефективно лекарства, които се борят с белодробните метастази и има голям потенциал да се превърне в клинично лечение", добавя той.

За да създадат системата ELeCt, Zhao и неговите сътрудници зареждат доксорубицин, често срещано химиотерапевтично лекарство за рак на белия дроб. Лекарството се зарежда в малки наночастици, изградени от биоразградим полимер, наречен PLGA.

Дозата на лекарството се адаптира към необходимите дози

След това те инкубират наночастиците с човешки и миши еритроцити. С това те откриха, че се свързват с клетъчните повърхности с висока ефективност и без да ги увреждат. Това позволи да се коригира дозата на транспортираното от еритроцитите лекарство, за да се адаптира към различните необходими дози.

След това екипът подложи наночастиците, свързани с еритроцитите, на in vitro напрежение на срязване, съответстващо на белия дроб. С това те се опитаха да симулират условията, с които еритроцитите се сблъскват при изстискване през белодробни капиляри, и забелязаха, че повече от 75% от наночастиците са елиминирани както от човешки, така и от миши клетки.

След това те инжектират миши еритроцити, заредени с конструкцията ELeCt, във вените на живи мишки с меланом, които са имали рак на белия дроб. След това те откриват забележително 16 пъти по-високо съдържание на наркотици в белите дробове след 20 минути в сравнение с мишки, които са получили безплатни наночастици.

Значителна част от отложените наночастици проникват дълбоко в метастатичните тумори. Това предполага, че този метод на доставка на лекарства е по-точен и ефективен от съществуващите методи.

„Аванс, който може да намали опасността“

„Най-сериозният страничен ефект на доксорубицин при хората е кардиотоксичността и според нашите експерименти ELeCt може да гарантира, че по-голямата част от лекарството попада в белите дробове, а не в сърцето“, казва съавторът Анвай Укидве, аспирант. в лабораторията Mitragotri на SEAS–. Този напредък може значително да намали опасността за пациенти с рак, получаващи това лекарство, и да увеличи ефективността му срещу рак на белия дроб.

За да потвърди това подозрение, екипът наблюдава степента на метастази в белите дробове на мишки с ранен стадий на заболяване, получили ELeCt. Това беше изправено срещу тези, които получиха безплатни наночастици.

С това те видяха, че метастазите са почти напълно инхибирани при всички мишки, които са получили ELeCt в продължение на 23 дни. Резултатът е 300-кратно подобрение спрямо състоянието на мишките, инжектирани със свободни наночастици.

ELeCt също подобрява преживяемостта на лекуваните мишки с 32 дни. Докато мишките, третирани със свободни наночастици, оцеляват само още 3 дни.

Когато повториха експеримента с мишки с късен стадий на заболяването, оцеляването им беше удължено с 9 дни с ELeCt. В този случай свободните наночастици не дават никаква полза за оцеляването.

Освен това, всички лекувани с ELeCt мишки с рак на белия дроб поддържаха здравословно телесно тегло. Въпреки това, мишките, които са получили инжекция с безплатно лекарство, са имали значителна загуба на тегло. Това предполага, че страничните ефекти на доксорубицин също са смекчени от ELeCt.

Лекарства, които могат да зареждат наночастици

Изследователите също така демонстрират, че други химиотерапевтични лекарства за рак на белия дроб могат да се натоварват върху наночастиците и да се свързват с червените кръвни клетки. Този списък включва паклитаксел, доцетаксел, метотрексат и комбинация от 5-флуороурацил и метотрексат.

„Нашата система ELeCt едновременно осигурява решения на редица проблеми, засягащи настоящото химиотерапевтично лечение, включително токсични странични ефекти, високи необходими дози, ниски нива на проникване в прицелните тъкани, бързо изчистване от тялото и освобождаване на лекарство от наночастици“, обяснява Митраготри, който е член на факултета на Wyss Institute, както и професор Хилер по биоинженерство и Hansjörg Wyss професор по биологично вдъхновено инженерство в SEAS.

По-нататъшни проучвания ще се опитат да дешифрират механизмите на свързване на наночастиците с червените кръвни клетки, така че количеството срязване, необходимо за тяхното елиминиране, да може да се коригира (и следователно дозата на приложеното лекарство).

Медицински напредък

Екипът също така планира да определи идеалния график на дозиране за максимално инхибиране на метастазите. Също така знаейки способността на ELeCt да лекува рак на белия дроб, получен от човешки пациенти, критична стъпка в превръщането на платформата ELeCt в клинично средство за лечение на рак.

„Тази технология потенциално представлява пробив по отношение на увеличаване на ефикасността и намаляване на токсичността на съществуващите химиотерапии при рак. Също така е чудесен пример за медицински напредък, който може да бъде постигнат, като се възползвате от системите за биологично доставяне, в случая клетъчни, че природата вече се е оптимизирала в продължение на хиляди години еволюция “, подчертава директорът-основател на Wyss Institute, Доналд Ингбер.