Рафаил Нудельман - Неизвестное наше тело. О полезных паразитах, оригами из ДНК и суете вокруг гомеопатии...
Особенно эффективным представляется — в перспективе — нановоздействие на раковые клетки. Мембраны раковых клеток по ряду причин более «рыхлы», чем мембраны здоровых клеток, и поэтому наночастицы, распознав их, легче проникают внутрь. А проникнув, легче накапливаются, потому что раковые опухоли не имеют той системы лимфатического «дренажа», которой располагают здоровые ткани. Эти особенности позволяют наночастицам достаточно плотно наполнять раковые клетки. Это, с одной стороны, поможет такие клетки (даже одиночные) лучше распознавать при сканировании, а с другой стороны — позволит доставлять прямо в них препараты, способные их уничтожить.
В последнее время на этом пути достигнуты многообещающие результаты. Так, группа американских исследователей под руководством профессора Батта синтезировала наночастицы, которые помогают уничтожать клетки, пораженные раком в толстом кишечнике, не затрагивая здоровые клетки. Эти наночастицы, по форме напоминающие гантели, сделаны, как бутерброд: крупица золота заключена между двумя крупицами окиси железа. Исследователи химически присоединили к этим «гантелям» антитела, способные распознавать специфические молекулы на поверхности раковых клеток. В результате наночастицы входят именно в эти клетки, после чего кишечник облучается лазером, что никак не влияет на здоровые клетки, но воспринимается частицами золота. Это вызывает разогрев и гибель раковых клеток.
Такой метод можно назвать «умной терапией», потому что он нацелен только на определенные — больные — клетки и убивает их и только их. Другой вариант «умной» терапии предложила в марте 2010 года группа канадских ученых. Эти исследователи показали, что углеродные фуллерены, подвергнутые короткому воздействию мини-лазера мощностью всего 500 милливатт, теряют свою прочность и так быстро выделяют энергию, что попросту загораются или даже взрываются. Введя в пробирке множество фуллеренов в культуру раковых клеток и направив на них луч мини-лазера, исследователи наблюдали, как эти клетки лопаются в результате выделения внутреннего тепла. Дело теперь «за малым» — научиться доставлять такие фуллерены в раковые клетки больного человека.
По другому пути пошел американский исследователь Марк Дэвис, который в том же марте 2010 года опубликовал результаты эксперимента, в котором наночастицы использовались для введения в раковые клетки особых химических «разрушителей». Дэвис создал наночастицы, состоящие из крохотного (размером около 70 нанометров) кусочка специально выращенного полимерного материала с прицепленными к нему молекулами siPHK. Так называются небольшие (длиной в пару десятков химических звеньев) молекулы, которые обладают замечательной в данном случае особенностью подавлять производство тех или иных белков. Для данного эксперимента были отобраны такие siPHK, которые нацелены на подавление белка RRM2 (этот белок, как считается, играет важную роль в размножении раковых клеток). Проверка происходила на трех раковых больных, которым в кровь были введены наночастицы с siPHK. По расчетам Дэвиса, они должны были опознать опухолевые клетки, проникнуть в них и там распасться на безвредный полимер и свободные siPHK, которые займутся подавлением RRM2. Результаты эксперимента оказались ободряющими. Биопсия показала, что во всех трех случаях наночастицы действительно проникли в раковые клетки, а в одном случае в клетках опухоли было обнаружено снижение концентрации белка RRM2, чего и следовало ожидать от действия этих РНК.
Любопытно, что во всех описанных выше экспериментах применялись золотые наночастицы. На данный момент они — главное орудие зарождающейся «умной нанотерапии». Это связано с тем, что золото обладает биологической совместимостью, инертно и легко модифицируется. Изменяя размер и форму золотых частиц, можно «настроить» их на поглощение разных длин «разогревающих» волн. Но оказалось, что золото имеет и другие полезные для нанотерапии свойства. Неожиданное недавнее открытие показало, что положительно заряженные наночастицы золота накапливаются в почках, а отрицательно заряженные — в печени и селезенке, что позволяет проводить весьма тонкое изучение состояния этих органов. Так что можно ожидать, что вскоре наряду с наноонкологией появятся также нанонефрология и другие подразделы наномедицины. Впрочем, ученые уже поговаривают о том, что использование наночастиц из окиси железа, иначе говоря — обычной ржавчины, тоже может принести большую медицинскую пользу. В частности, оно обещает в будущем совершить скачок в деле диагностики рака, поскольку магнитные свойства таких частиц позволят выявлять места их накопления с помощью метода магнитного резонанса.
В общем фронт поисков расширяется, и это не может не радовать.
Магнитные наночастицы: достижения и перспективы
Будущее приходит по-разному. Иногда по-бетховенски властно грохоча кулаком, а порой — вот как лет двадцать назад, когда сначала в специальной литературе, а потом и в массовой печати начали впервые появляться отрывочные сообщения о новом и необычном биологическом инструменте — магнитных наночастицах. Поток сообщений постепенно нарастал, и теперь редко уже проходит месяц, чтобы не вспыхнул в печати или Интернете очередной манящий заголовок. Ну, вот, к примеру, такая новость — магнитные частицы в коронарных стентах. Установка коронарного стента — кардиологическая операция, которой подвергаются миллионы людей. Надувная проволочная трубка стента держит сосуды открытыми и обеспечивает беспрепятственную циркуляцию крови. Для того чтобы стент закрепился, эндотелиальные клетки сосуда должны постепенно обволочь трубку. Обычно это занимает четыре — шесть недель, и все это время пациента кормят аспирином, чтобы в стенте не образовался кровяной сгусток. Сейчас кардиологи клиники Майо в штате Миннесота (США) разработали новую процедуру. Перед операцией они извлекают эндотелиальные клетки из сосудов пациента, в лабораторных условиях размножают их, внедряют в них магнитные наночастицы и возвращают обратно в кровь. Затем вводят больному стент, предварительно его намагнитив. Клетки, содержащие магнитные наночастицы, влекутся к намагниченному стенту и надежно обволакивают его за считанные дни вместо недель.
А вот еще несколько недавно разработанных способов применения магнитных частиц в медицине. Сообщается, что они, нагреваемые внешним магнитным полем, способны «по требованию» высвобождать из себя многосоставной антираковый препарат прямо в опухоль. И те же наночастицы указывают на местонахождение опухоли.
В бельгийском исследовательском центре ИМЕК разработан метод создания устойчивых, совместимых с биологической средой магнитных наночастиц, несущих на себе многие наружные химические группы. Это открывает широкий спектр возможных биомедицинских приложений, начиная с доставки лекарств по точному адресу в организме и кончая направленной антираковой терапией.
Ученые из университета штата Джорджия (США) нашли способ вводить люминесцентно светящиеся магнитные наночастицы в одиночные раковые клетки, что позволяет находить их в организме, а затем, воздействуя внешним магнитным полем, удалять.
Список возможностей магнитных наночастиц постоянно растет — дело, похоже, идет к очередной технологической революции в медицине. И это повод приглядеться К магнитным наночастицам повнимательнее.
На первый взгляд все кажется просто. Две главные особенности магнитных наночастиц очевидны уже из их названия — это малые размеры и магнитные свойства. Сначала о первом. Клетки организма имеют средний размер 8–10 микрометров (микронов, как говорили раньше): их отдельные «органеллы» — порядка десятых долей микрометра; размеры вируса — 20–450 нанометров, молекулы белка — 5–50 нанометров, гена — 2 нанометра в толщину и 10–100 нанометров в длину. Те наночастицы, о которых речь, имеют 10–100 нанометров в диаметре, и в этом смысле их введение в клетку вполне безопасно. В то же время эти малые размеры делают наночастицы, как мы видели, сравнимыми по величине с различными биологическими молекулами, и они оказываются удобным (а иногда — незаменимым) средством изучения этих объектов и воздействия на них.
Понятно, что это требует предварительного оснащения исходной наночастицы (в сущности, крупицы металлической окиси железа, кобальта, никеля, хрома или золота) различными «орудиями». Прежде всего она должна быть покрыта специально подобранными малыми молекулами — эта оболочка призвана сделать частицу «биосовместимой». Затем к ней присоединяются другие молекулы — «линки», которые одним концом прикрепляются к оболочке, а на другом конце несут различный «полезный груз»: антитела для распознавания патогенов, люминофоры, придающие частице способность светиться, и тому подобные «присадки». Но бывают и более сложные конструкции. Например, в одном из экспериментальных методов дистанционного разрушения опухолей используются полые и пористые наночастицы, внутри которых находится специальный краситель. Когда лучи лазера, сфокусированные на опухоли, нагревают частицу, молекулы красителя выходят через поры и под действием лучей разлагаются с выделением атомарного кислорода, губительного для клеток. В зависимости от назначения частиц могут быть и другие варианты. В конечном итоге такая «биологическая наночастица» имеет довольно сложный вид.
