Учёные нашли способ повысить эффективность фототермической терапии при лечении злокачественных новообразований. Они предложили одновременное применение наночастиц селена и золота, а также создали специальные капсулы для их доставки к опухолевым клеткам.
Над научным проектом работали учёные из Института биомедицинских систем и биотехнологий подведомственного Минобрнауки России Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова (лаборатория генной и клеточной терапии) (ПСПбГМУ), Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, (Виварий) (СПХФУ), Национальный Исследовательский Университет ИТМО, (Новый физтех).
Фототермическая терапия — это метод лечения опухолей за счёт тепловой энергии. Его преимущества — минимальная инвазия и возможность локального воздействия на раковые клетки. В клиниках чаще всего фототермическую терапию применяют для лечения меланомы кожи. С помощью внутривенных инъекций вводят вещество, которое накапливается в опухоли, а затем участок нагревают лазером. Таким образом, световая энергия преобразуется в тепло, которое и разрушает раковые клетки. Однако, по словам учёных, недостаток процедуры в том, что в глубине опухоли не удаётся достичь высокой температуры, соответственно, из-за этого часть новообразования остаётся без терапии. Это может вызывать побочные эффекты, дальнейший рост опухоли и вероятность развития метастазов.
Учёные предложили более эффективный вариант — с помощью инъекции вводить не лекарственное вещество, а наночастицы селена и золота. Эти два вещества, по словам исследователей, обладают уникальными индивидуальными свойствами, а работая вместе, не оставляют шансов раковым клеткам.
На поверхности наночастиц золота размером 80–100 нанометров есть свободные электроны, которые при облучении светом нагреваются и за счёт высокой температуры разрушают клетку. Размер наночастиц селена 10–20 нанометров. Они помогают золоту удерживать тепло более длительное время, что повышает эффективность процедуры. Но даже там, где золото не справляется со своей задачей, в бой вступают противоопухолевые свойства селена, который заставляет митохондрии в большом количестве выделять активные формы кислорода. Это приводит к разрыву мембраны и как следствие, гибели клетки. За счёт того, что наночастицы находятся внутри капсулы, они не оказывают негативного влияния на организм, а работают только в пределах опухолевых клеток.
«По отдельности селен и золото исследовались и применялись в терапии злокачественных новообразований, но никто ещё в мире не объединял эти два вещества в дуэт. С помощью математического моделирования, мы рассчитали вероятность взаимодействия селена и золота, спрогнозировали, что будет при их запаковке в капсулу, а затем приступили к практическому исследованию», — рассказала один из авторов научной статьи, младший научный сотрудник лаборатории нано- и микрокапсулирования биологически активных веществ СПбПУ Ксения Митусова.
Очень важным этапом в работе было запаковка наночастиц селена и золота в капсулы с шестислойной оболочкой и размером 2 микрона. Учёные рассказывают: сначала идёт синтез ядра, которое состоит из кальций карбоната, а далее уже на имеющийся носитель послойно наносятся полимеры. Для эффективного воздействия на раковую клетку необходимо не меньше 10 капсул. Количество капсул в одной инъекции высчитывается исходя из объёма опухоли.
Учёные уже провели эксперименты in vivo. На протяжении двух недель биоинженеры вели наблюдение за мышами: роста опухоли не наблюдалось, а наоборот, она уменьшалась в размере. Часть исследований учёные выполняли на базе Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова, исследования по терапевтическому эффекту — на базе Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета совместно с коллегами из ИТМО.
«При проведении эксперимента мы оценивали не только опухолевую ткань, но и здоровые органы. Полученные образцы отдавали на гистологию для выявления метастазов, а также для определения эффективности нашей терапии в опухоли. В результате никаких негативных воздействий на жизненно важные органы, такие как сердце, лёгкие, печень, почки и селезёнка, не обнаружилось. Нам удалось доказать эффективность нашего метода. Важно отметить, что для его реализации не нужно какого-то нового оборудования, уже существующие в клиниках установки подойдут для проведения такой процедуры», — поделилась лаборант-исследователь лаборатории нано- и микрокапсулирования биологически активных веществ ИБСиБ СПбПУ Анна Рогова.
Работа по совершенствованию изобретения продолжается. Перед учёными стоят две главные задачи: улучшить адресность капсул и уменьшить их размер в 10 раз, чтобы получить больший процент проникновения носителей в клетку. Учёные уже отправили заявку на выдачу патента, после получения которого можно будет масштабировать технологию на промышленном производстве. По прогнозам биоинженеров, это, скорее всего, произойдёт в следующем году.
Научная статья о результатах исследования опубликована в одном из ведущих научных журналов. Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030», которая является одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты».
Над научным проектом работали учёные из Института биомедицинских систем и биотехнологий подведомственного Минобрнауки России Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова (лаборатория генной и клеточной терапии) (ПСПбГМУ), Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, (Виварий) (СПХФУ), Национальный Исследовательский Университет ИТМО, (Новый физтех).
Фототермическая терапия — это метод лечения опухолей за счёт тепловой энергии. Его преимущества — минимальная инвазия и возможность локального воздействия на раковые клетки. В клиниках чаще всего фототермическую терапию применяют для лечения меланомы кожи. С помощью внутривенных инъекций вводят вещество, которое накапливается в опухоли, а затем участок нагревают лазером. Таким образом, световая энергия преобразуется в тепло, которое и разрушает раковые клетки. Однако, по словам учёных, недостаток процедуры в том, что в глубине опухоли не удаётся достичь высокой температуры, соответственно, из-за этого часть новообразования остаётся без терапии. Это может вызывать побочные эффекты, дальнейший рост опухоли и вероятность развития метастазов.
Учёные предложили более эффективный вариант — с помощью инъекции вводить не лекарственное вещество, а наночастицы селена и золота. Эти два вещества, по словам исследователей, обладают уникальными индивидуальными свойствами, а работая вместе, не оставляют шансов раковым клеткам.
На поверхности наночастиц золота размером 80–100 нанометров есть свободные электроны, которые при облучении светом нагреваются и за счёт высокой температуры разрушают клетку. Размер наночастиц селена 10–20 нанометров. Они помогают золоту удерживать тепло более длительное время, что повышает эффективность процедуры. Но даже там, где золото не справляется со своей задачей, в бой вступают противоопухолевые свойства селена, который заставляет митохондрии в большом количестве выделять активные формы кислорода. Это приводит к разрыву мембраны и как следствие, гибели клетки. За счёт того, что наночастицы находятся внутри капсулы, они не оказывают негативного влияния на организм, а работают только в пределах опухолевых клеток.
«По отдельности селен и золото исследовались и применялись в терапии злокачественных новообразований, но никто ещё в мире не объединял эти два вещества в дуэт. С помощью математического моделирования, мы рассчитали вероятность взаимодействия селена и золота, спрогнозировали, что будет при их запаковке в капсулу, а затем приступили к практическому исследованию», — рассказала один из авторов научной статьи, младший научный сотрудник лаборатории нано- и микрокапсулирования биологически активных веществ СПбПУ Ксения Митусова.
Очень важным этапом в работе было запаковка наночастиц селена и золота в капсулы с шестислойной оболочкой и размером 2 микрона. Учёные рассказывают: сначала идёт синтез ядра, которое состоит из кальций карбоната, а далее уже на имеющийся носитель послойно наносятся полимеры. Для эффективного воздействия на раковую клетку необходимо не меньше 10 капсул. Количество капсул в одной инъекции высчитывается исходя из объёма опухоли.
Учёные уже провели эксперименты in vivo. На протяжении двух недель биоинженеры вели наблюдение за мышами: роста опухоли не наблюдалось, а наоборот, она уменьшалась в размере. Часть исследований учёные выполняли на базе Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова, исследования по терапевтическому эффекту — на базе Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета совместно с коллегами из ИТМО.
«При проведении эксперимента мы оценивали не только опухолевую ткань, но и здоровые органы. Полученные образцы отдавали на гистологию для выявления метастазов, а также для определения эффективности нашей терапии в опухоли. В результате никаких негативных воздействий на жизненно важные органы, такие как сердце, лёгкие, печень, почки и селезёнка, не обнаружилось. Нам удалось доказать эффективность нашего метода. Важно отметить, что для его реализации не нужно какого-то нового оборудования, уже существующие в клиниках установки подойдут для проведения такой процедуры», — поделилась лаборант-исследователь лаборатории нано- и микрокапсулирования биологически активных веществ ИБСиБ СПбПУ Анна Рогова.
Работа по совершенствованию изобретения продолжается. Перед учёными стоят две главные задачи: улучшить адресность капсул и уменьшить их размер в 10 раз, чтобы получить больший процент проникновения носителей в клетку. Учёные уже отправили заявку на выдачу патента, после получения которого можно будет масштабировать технологию на промышленном производстве. По прогнозам биоинженеров, это, скорее всего, произойдёт в следующем году.
Научная статья о результатах исследования опубликована в одном из ведущих научных журналов. Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030», которая является одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты».
