Красноярские учёные исследуют новые пути лечения онкозаболеваний

Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН выяснили, как действуют магнитные наночастицы из оксида железа на злокачественные опухоли. Эксперименты проводились на клетках карциномы Эрлиха. Полученные результаты подтвердили возможность применения магнитных наночастиц в терапии рака и открыли перспективы такого метода лечения для медицинской практики. Интересно, что для решения важной задачи объединились медики, физики и математики.

Избирательное действие

Способов борьбы с онкозаболеваниями разработано уже много, но у большинства из традиционных методик есть серьёзный недостаток — препараты пока не могут доставлять действующее вещество непосредственно к раковым клеткам. Как рассказали в Красноярском научном центре, лекарства приходится вводить в организм пациента в избыточном количестве, после чего они разносятся кровотоком по всему телу. В результате доза лекарства многократно превышает допустимый уровень токсичности, и при этом очень быстро концентрация падает ниже терапевтического порога.

Специалисты в области онкологии считают, что альтернативой традиционному подходу может стать нанотераностика. Это область медицины, сочетающая терапию и диагностику, при которой воздействие на болезнь идёт при помощи наночастиц. Нанотераностика основана на законах физики. В ней ключевую роль играет избирательность связи наночастиц с опухолевой тканью. Воздействие на опухоли реализуется за счёт наночастиц, на поверхность которых нанесены специальные молекулы (аптамеры, фрагменты ДНК). Это позволяет распознавать злокачественные клетки и воздействовать исключительно на них.

Такой метод даёт медицине возможность использовать различные сценарии лечения. Например, воздействовать на опухоли лазером: наночастицы нагреваются и уничтожают связанные с ними злокачественные клетки. Есть и другой вариант. Те же наночастицы нагреваются лазером настолько сильно, что испаряют слой воды вокруг себя и образуют паровой слой высокого давления. Этот процесс порождает ударную мини-волну, которая приводит к множественным повреждениям мембран раковых клеток. В первом и втором описанных случаях в экспериментах использовались наночастицы золота.

Оксиды в онкотерапии

Исследователи выделяют ещё один подход, основанный на законах физики и применении наночастиц. Это магнитная нанотераностика. В ней на организм воздействуют с помощью негреющих низкочастотных магнитных полей, которые могут беспрепятственно проникать в любые органы. Данный метод успешно применялся в экспериментах с 2017 года. Опыты заключались в том, что на наночастицы, введённые в кровеносную систему организма и собравшиеся в поражённом органе, в течение десяти минут воздействовали переменным магнитным полем. Это вызывало гибель опухолевых клеток. Однако дать объяснение результатам не удавалось до тех пор, пока темой не заинтересовалась междисциплинарная команда сибирских учёных. Для решения задачи объединились исследователи из Красноярского научного центра СО РАН, Красноярского государственного медицинского университета, СФУ и Томского государственного университета.

В экспериментах использовали наночастицы магнетита — это широко распространённый минерал из класса оксидов. Исследователи разработали модель и изучили условия, при которых запускается процесс гибели злокачественных клеток. Выяснилось, что наночастицы в опухоли в условиях переменного магнитного поля группируются и образуют жёсткую структуру, у которой появляется коллективный постоянный магнитный момент. Он-то и обеспечивает терапевтический эффект.

— В основе этого способа физического воздействия на злокачественные клетки лежит использование наночастиц размером 10–15 нанометров, — прокомментировал координатор проекта Сергей Карпов, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института физики имени Киренского СО РАН. — Примечательно, что материалом является магнетит — основная составляющая обычной железной ржавчины. Наночастицы, помещённые во внешнее переменное магнитное поле, начинают поворачиваться вдоль его направления. Их поворот порождает механическую силу. Такое воздействие программирует гибель клеток. Полученные результаты подтверждают возможность успешного применения метода для высокоэффективного лечения злокачественных новообразований. Это открывает перспективы его внедрения в медицинскую практику.

Исследователи отмечают, что такая противораковая терапия показала высокую результативность в исследованиях на мышах c карциномой Эрлиха. Воздействие проверялось на опухолях, расположенных на разных участках внутренних органов, при этом размеры злокачественных новообразований были от нескольких миллиметров и более.

КОММЕНТАРИЙ

Татьяна Замай, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории цифровых и управляемых лекарств ФИЦ КНЦ СО РАН:

— Воздействие низкочастотного магнитного поля на организм создаёт гораздо меньшие риски, чем химические и радиационные методы, не говоря уже о хирургических вмешательствах. Мы уже давно работаем над использованием наночастиц в диагностике и терапии рака. Коллектив авторов выполнил комплексное междисциплинарное исследование, позволившее получить сведения о размере, форме, составе магнитных наночастиц, напряжённости магнитного поля и его частоте, необходимых для успешного лечения злокачественных новообразований с помощью магнитомеханической терапии. Мы убедились, что терапия на основе наночастиц магнетита в переменном магнитном поле приводит к эффективному подавлению злокачественной опухоли — карциномы Эрлиха.

Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.

Фото предоставлено ФИЦ КНЦ СО РАН