Работа ученых Физтеха относится к тераностике — направлению, объединяющему диагностику и терапию опухолей в рамках единой платформы. При создании таких систем важно «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.
Набор мишеней у разных опухолей 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, не подходят, и ученые вынуждены 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», — объяснила Виктория Шипунова.
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. Необходимо было получить частицы заданного размера и формы. 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 выявили, 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.
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. Результаты, опубликованы в European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics.
