Обзор нанотехнологий в области онкологии: подсвечивание опухолей

Проблема онкологии не зря является одной из самых актуальных в медицине. В первую очередь достаточно ознакомиться с показателями смертности от онкологических заболеваний. На первом месте по причинам смертности стоят сердечно-сосудистые заболевания, на втором месте - травмы, на третьем онкологические заболевания. Смертность от рака в мире составляет 15%. Ежегодно от злокачественных новообразований в мире умирает порядка 4 800000 мужчин и 3 800 000 женщин.По данным

Международной статистики, в мире ежегодно регистрируется около 7 млн. случаев онкопатологий. Экономические потери от рака составляет свыше 100 млрд. рублей в год[1].

Одним из основных методов лечения рака является хирургический, но даже самый опытный хирург может пропустить некоторую часть пораженной ткани. Оставленные участки опухолевых клеток снижают прогноз, увеличивают частоту рецидивов, сокращают время между рецидивами и требуют более агрессивной и продолжительной химиолучевой терапии, приводящей к снижению работоспособности пациентов.

Важным аспектом в лечении рака является проблема визуализации опухолей.Основной сложностьюпри использовании квантовых точек для диагностики опухолей является высокая токсичность металлов, входящих в их состав. Для уменьшения токсичности применяются пассивирующие покрытия, например, сульфиды цинка и кадмия.Преимуществом наночастиц является то, что к их поверхности можно прикреплять различные характерные вещества или группы биомолекул (например, антитела), позволяющие нацеливать их на проникновение именно в раковые клетки и тем самым увеличивать эффективность диагностики [3].

Группа исследователей под руководством Роджера Цинема, получившего Нобелевскую премию по химии в 2008 году за разработку способов синтезирования зеленого флуоресцентного белка,поставила перед собой цельиспользовать датчикис магнитной и флуоресцентной маркировкой для помощи хирургам в визуализации опухолей. Для разработки датчиков были использованы синтетические молекулы, названные активируемыми проникающими клеточными белками

(activatablecellpenetratingpeptides - ACPPs) и наночастицы с размером менее 100 нм, несущие флуоресцентные и магнитные метки. Такие метки делают опухоль видимой для МРТ и позволяют ей светиться во время проведения операции. В серии экспериментов, работая на мышах с имплантированными человеческими опухолями, ученые показали, что при распространении опухоли на окружающие ткани, комплексы из активируемых проникающих клеточных белков и наночастиц позволяют визуализировать скопления раковых клеток размерами до 200 мкм, что раньше было невозможно.Используя метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) для определения ДНК опухолевых клеток, ученыевыявили, что в среднем после хирургической операции на мышах с использованием молекулярных датчиков остается на 90% меньше опухолевых клеток, чем после операций без датчиков - десятикратное уменьшение. Они также подтвердили, что флуоресцентные зонды остаются видимыми в течение 93% времени, позволяя исследователям видеть оставшуюся опухолевую ткань.

В настоящее время имеется опыт четкой визуализации злокачественных опухолей прямой кишки и рака молочной железы с помощью суперпарамагнитных частиц с присоединенными к их поверхности моноклональными антителами. В 2016 году появилось сообщение о создании учеными из МГУ нанокристалла [2]. Международная исследовательская группа под руководством специалистов Института наносистем Калифорнийского университета разработала новый метод эффективного захвата и анализа раковых клеток в крови пациента.

Отделившиеся от опухоли раковые клетки путешествуют по кровотоку в поисках подходящих мест для развития новых злокачественных образований, известных как метастазы. Отлов этих болезнетворных частиц помогает врачам обнаруживать рак и подбирать индивидуальное лечение каждому пациенту.

В лаборатории Калифорнийского института наносистем было создано устройство, которое захватывает циркулирующие опухолевые клетки из образцов крови. По своему внешнему виду и принципу работы оно напоминает машину для приготовления кофе.

Чип NanoVelcro размером с почтовую марку имеет множество нанопроводов в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Эти нанопровода покрыты антителами, которые распознают циркулирующие в токе крови частицы. Для отлова раковых клеток достаточно двух миллилитров крови. При прохождении жидкости через чип болезнетворные клетки цепляются за нанопровода подобно «липучкам».

Однако захват опухолевых клеток — это лишь часть дела. Для анализа клеток нужно отделить их от чипа, причем сделать это нужно без повреждений. Метод лазерной захватывающей микродиссекции, который ученые использовали в своих первых экспериментах, требовал не только много затрат времени и сил, но также использования специализированного оборудования.

Упростить процесс изоляции клеток удалось за счет создания термочувствительной системы очистки, которая позволяет регулировать температуру образца крови. Полимерные щеточки нанопроволоки реагируют на изменение температуры изменением своих физических свойств, что позволяет им захватывать или отпускать свою «добычу» [4].

Таким образом, внедрение новых технологий, обеспечивающих визуализацию опухолей, позволят увеличить эффективность хирургической операции, уменьшить количество рецидивов и улучшить прогноз жизни пациентов.

 

Список литературы

  1. Здоровье населения региона и приоритеты здравоохранения// Под ред. О.П. Щепина, В.А. Медика - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.
  2. Нанотехнологии в биологии и медицине// Коллективная монография под ред. чл.-корр. РАМН, проф. Е. В. Шляхто, 2009.
  3. Laser-synthesized oxide-passivated bright Si quantum dots for bioimaging// M. B. Gongalsky,L. A. Osminkina, V. Yu. Timoshenko, 2016.
  4. NanoVelcro Chip for CTC enumeration in prostate cancer patients// Yi-Tsung Lu, Libo Zhao, and Edwin M. Posadas, 2015.
Год: 2017
Город: Шымкент
Категория: Медицина