X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В мире наблюдается постоянный рост онкологической заболеваемости (ежегодно регистрируется 8 миллионов, а к 2030 году, согласно данным ВОЗ, в мире ожидается 22 миллиона больных раком), причём у 75 млн. человек после выявления опасного заболевания медиана выживаемости только пять лет [1]. Фармацевтические компании вкладывают миллиарды долларов в разработку новых препаратов. Идёт поиск новых способов излечения от страшного недуга. В мире с 2005 года 130 нанотехнологичных лекарств и систем доставки, а также 125 устройств или диагностических тестов вошли в доклиническую, клиническую или коммерческую разработку. При этом некоторым наночастицам при даётся значение усиливающих малигнизацию [2]. Значимость различных типов наночастиц зависит от их иммуномодулирующих свойств, связанных с их физико-химическими параметрами. Это потенциально может быть использовано в качестве возможной противоопухолевой терапии [3].

Отличие новых методов лечения рака от традиционной терапии состоит в том, что наночастицы можно доставить непосредственно к раковым клеткам [4]. Благодаря этому появляется возможность воздействовать на злокачественную опухоль, не повреждая соседние здоровые ткани [5]. При этом наночастицы заключают в капсулу из полисахаридов, что позволяет им легко проникать в клетки. Применяемые в консервативной терапии онкологических заболеваний наночастицы - частицы размером от 1 до 100 нанометров [6]. Токсичность возрастает с уменьшением размеров частиц. Минимальная цифра получилась на основе расчета коэффициента фильтрования для гломерулярной капиллярной стенки, поскольку предположительно предельный размер частиц для выведения из почек составляет 10 нанометров в диаметре Верхняя граница определена не настолько четко. Известно, что сосудистая сеть опухолей легко пропускает макромолекулы. Наночастицы размером от 10 до 100 нанометров и обладающие слегка отрицательным или положительным поверхностным зарядом способны проникать в диссеминированные опухоли при введении в кровеносную систему. Лимфатическая система опухолей у подопытных мышей функционирует плохо, и макромолекулы, проходящие по кровеносным сосудам, имеют тенденцию к накапливанию, - феномен, известный как "синдром повышенной проницаемости и ретенции". Результаты первых клинических испытаний указывают на то, что терапия наночастицами может оказаться весьма действенной, значительно снижая количество побочных эффектов благодаря более направленному воздействию на опухоль и активному поглощению клетками. Появляются перспективы реального достижения положительного результата, невозможного при иных способах воздействия на опухоль [7].

Суть терапии наночастицами заключается в использовании частиц, обладающих лечебными свойствами, таких как синтетические препараты, пептиды, протеины и нуклеиновые кислоты, а также компонентов, представляющих собой терапевтическую ценность, таких как липиды и полимеры. Эти наночастицы могут обладать более выраженным противораковым воздействием, нежели те вещества, в состав которых они входят. Причина кроется в более направленном воздействии на ткани опухоли благодаря улучшенной фармакокинетике и фармакодинамике, а также более активному внутриклеточному перемещению. Эти свойства зависят от размера и поверхностных свойств наночастиц. В клинической практике используется ограниченное количество наночастиц. Основные классы наночастиц, проходящих клинические испытания: А) Наночастицы, образованные из лекарственных веществ и блоковых сополимеров, способных образовывать полимерные мицеллы. В) Наночастицы, образованные из полимерных конъюгатов. С) Наночастицы, образованные из липосом. D) Наночастицы, способные проникать в клетки в процессе эндоцитоза. Наночастицы могут быть направлены в раковые клетки, если их поверхность содержит такие агенты, как синтетические молекулы, пептиды, протеины или антитела. Эти агенты могут связываться с рецепторными протеинами на поверхности раковой клетки, например, с рецепторами трансферрина, количество которых в раковых клетках значительно увеличивается. Эти направленные лиганды позволяют наночастицам связывать рецепторы на поверхности клеток и проникать в них с помощью опосредуемого рецепторами эндоцитоза [8].

Отличительные черты терапии наночастицами при лечении рака заключаются в том, что наночастицы могут быть запрограммированы на длительное или короткое время кругооборота в крови в зависимости от размера и поверхностных свойств. Также они могут быть направлены в определенные типы клеток в тех или иных органах, например, гепатоциты по отношению к клеткам Купфера в печени. Наночастицы обладают свойствами, отличающими их от других противораковых лекарств. Они способны переносить большую нагрузку в виде лекарственного средства и защищать его от распада, а также обладают довольно большим размером, чтобы в них могли содержаться множественные направленные лиганды, что способствует многовалентной связи с рецепторами на поверхности клеток.

С наночастицами могут производиться многочисленные регулируемые терапевтические манипуляции. Динамика освобождения молекул лекарственного вещества из наночастицы может быть отрегулирована таким образом, чтобы соответствовать механизму того или иного действия. Кроме этого, наночастицы обладают способностью преодолевать механизмы устойчивости к лекарствам, включающие поверхностноклеточные протеины, например, гликопротеин Р, поскольку они проникают в клетки посредством эндоцитоза. Регулируемое сочетание этих свойств посредством правильной конструкции наночастицы может свести к минимуму побочные эффекты противораковых лекарств, одновременно усиливая их эффективность [9].

Одобренные для лечения рака в середине 1990-х годов, липосомы в основном используются для растворения лекарственных веществ, приводя к биораспределению, благоприятствующему более высокой концентрации в опухоли, нежели при использовании свободных веществ. Недостатки их заключаются в том, что липосомы не могут влиять на время, требуемое для высвобождения лекарственного вещества, и в большинстве случаев не обеспечивают эффективного внутриклеточного поступления молекул лекарства, ограничивая возможность их применения при видах рака, устойчивых ко многим лекарственным средствам. К нежелательным свойствам наночастиц относится высокий уровень токсичности. Главным фактором риска применения медицинских нанотехнологий является недостаток информации о взаимодействии конкретных наночастиц с человеческим организмом [10]. На сегодняшний день практически отсутствуют данные о нанотоксичности и нанокинетике частиц в организме человека. Активно проводятся экспериментальные испытания на лабораторных животных серебряных, золотых и платиновых наночастиц.

Строгая проверка и испытания наноматериалов регулируются постановлением главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 31 октября 2007 года № 79 «Об утверждении Концепции токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов», которое распространяется и на материалы медицинского назначения.

Заключение. Под подозрение в токсичности подпадают не только фуллерены и нанотрубки, но и уже широко применяемые в косметике наночастицы двуокиси титана, а также перспективные с точки зрения медицинских применений частицы серебра и квантовые точки. Даже такие биосовместимые материалы, как керамика и алюминий, при использовании для имплантации и протезирования могут служить источниками наночастиц, накапливающихся во внутренних органах и вызывающих аллергические реакции и васкулиты. Из вышесказанного следует, что иммуномодулирующие свойства наноматериалов необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать любых нежелательных побочных эффектов [1]. Предстоит большая и сложная работа, поскольку обеспечение безопасности нанопрепаратов может потребовать уникальных оценок риска, учитывая новизну и разнообразие продуктов, высокую подвижность и реакционную способность проектируемых [10].

Литература

1. Manshian BB, Poelmans J, Saini S, Pokhrel S, Grez JJ, Himmelreich U, Mädler L, Soenen SJ. Nanoparticle-induced inflammation can increase tumor malignancy.//Acta Biomater. 2017 Dec 20. pii: S1742-7061(17)30786-9. doi: 10.1016/j.actbio.2017.12.020.

2. Zhang S, Nguyen LH, Zhou K, Tu HC, Sehgal A, Nassour I, Li L, Gopal P, Goodman J, Singal AG, Yopp A, Zhang Y, Siegwart DJ, Zhu H. Knockdown of Anillin Actin Binding Protein Blocks Cytokinesis in Hepatocytes and Reduces Liver Tumor Development in Mice without Affecting Regeneration.//Gastroenterology. 2017 Dec 20. pii: S0016-5085(17)36717-3. doi: 10.1053/j.gastro.2017.12.013.

3. Wang C, Niederstrasser H, Douglas PM, Lin R, Jaramillo J, Li Y, Olswald NW, Zhou A, McMillan EA, Mendiratta S, Wang Z, Zhao T, Lin Z, Luo M, Huang G, Brekken RA, Posner BA, MacMillan JB, Gao J, White MA. Small-molecule TFEB pathway agonists that ameliorate metabolic syndrome in mice and extend C. elegans lifespan.//Nat Commun. 2017 Dec 22;8(1):2270. doi: 10.1038/s41467-017-02332-3.

4. Khoo AM, Cho SH, Reynoso FJ, Aliru M, Aziz K, Bodd M, Yang X, Ahmed MF, Yasar S, Manohar N, Cho J, Tailor R, Thames HD, Krishnan S. Radiosensitization of Prostate Cancers In Vitro and In Vivo to Erbium-filtered Orthovoltage X-rays Using Actively Targeted Gold Nanoparticles.//Sci Rep. 2017 Dec 22;7(1):18044. doi: 10.1038/s41598-017-18304-y.

5. Date T, Nimbalkar V, Kamat J, Mittal A, Mahato RI, Chitkara D. Lipid-polymer hybrid nanocarriers for delivering cancer therapeutics.//J Control Release. 2017 Dec 19. pii: S0168-3659(17)31081-7. doi: 10.1016/j.jconrel.2017.12.016.

6. Mittal R, Patel AP, Jhaveri VM, Samantha Kay SI, Debs LH, Parrish JM, Pan DR, Nguyen D, Mittal J, Jayant RD. Recent Advancements in Nanoparticle Based Drug Delivery for Gastrointestinal Disorders.//Expert Opin Drug Deliv. 2017 Dec 22. doi: 10.1080/17425247.2018.1420055

7. Gao Z, You C, Wu H, Wang M, Zhang X, Sun B. FA and cRGD dual modified lipid-polymer nanoparticles encapsulating polyaniline and cisplatin for highly effective chemo-photothermal combination therapy.//J Biomater Sci Polym Ed. 2017 Dec 22:1-26. doi: 10.1080/09205063.2017.1421348.

8. Zhao J, Yang H, Li J, Wang Y, Wang X. Fabrication of pH-responsive PLGA(UCNPs/DOX) nanocapsules with upconversion luminescence for drug delivery.//Sci Rep. 2017 Dec 21;7(1):18014. doi: 10.1038/s41598-017-16948-4.

9. Chen D, Wang J, Wang Y, Zhang F, Dong X, Dai J, Jiang L, Tang Y, Zhang H, Li W. Promoting inter-/intra- cellular process of nanomedicine through its physicochemical properties optimization.//Curr Drug Metab. 2017 Dec 21. doi: 10.2174/1389200219666171221122119.

10. Jang JT, Lee J, Seon J, Ju E, Kim M, Kim YI, Kim MG, Takemura Y, Arbab AS, Kang KW, Park KH, Paek SH, Bae S. Giant Magnetic Heat Induction of Magnesium-Doped γ-Fe₂ O₃ Superparamagnetic Nanoparticles for Completely Killing Tumors.//Adv Mater. 2017 Dec 20. doi: 10.1002/adma.201704362.

Код для цитирования: Скопировать