Нанотехнологии в борьбе с раковыми заболеваниями
В 13 % случаев люди умирают от рака. Эта болезнь убивает ежегодно около 8 миллионов человек во всём мире. Многие типы раковых заболеваний до сих пор считаются неизлечимыми. Научные исследования показывают, что привлечение нанотехнологий может стать мощным инструментом в борьбе с этим заболеванием.
Золотые наночастицы – тепловые бомбы для раковых клеток
Наночастицу из кремния сферической формы диаметром около 100 нм покрывают слоем золота толщиной 10 нм. Такая золотая наночастица обладает способностью поглощать инфракрасное излучение длиной волны 820 нм, нагревая при этом тонкий слой жидкости вокруг себя на несколько десятков градусов.
Излучение длиной волны 820 нм практически не поглощается тканями нашего организма. Поэтому, если изготовить золотые наночастицы, прилипающие только к раковым клеткам, то, пропуская через тело человека излучение этой длины волны, можно нагревать и уничтожать эти клетки, не повреждая при этом здоровые клетки организма.
Учёные обнаружили, что мембрана нормальных клеток отличается от мембран раковых, и предложили наносить на поверхность золотых наночастиц молекулы, облегчающие их прилипание к раковым клеткам. Такие наночастицы, обладающие способностью прилипать к раковым клеткам были изготовлены для нескольких видов рака.
В опытах на мышах была доказана эффективность золотых наночастиц, уничтожающих раковые клетки. Сначала у мышей вызывали раковые заболевания, потом им вводили соответствующие наночастицы, а затем подвергали облучению определённой длины волны. Оказалось, что после нескольких минут такого облучения большинство раковых клеток погибали от перенагрева, а нормальные клетки оставались неповреждёнными. Учёные возлагают большие надежды на этот метод борьбы с раковыми заболеваниями.
Дендримеры – капсулы с ядом для раковых клеток
Раковые клетки для деления и роста нуждаются в большом количестве фолиевой кислоты. Поэтому к поверхности раковых клеток очень хорошо прилипают молекулы фолиевой кислоты, и если внешняя оболочка дендримеров будет содержать молекулы фолиевой кислоты, то такие дендримеры будут избирательно прилипать только к раковым клеткам. С помощью таких дендримеров можно раковые клетки сделать видимыми, если к оболочке дендримеров прикрепить ещё какие-нибудь молекулы, светящиеся, например, под ультрафиолетом. Прикрепив к внешней оболочке дендримера лекарство, убивающее раковые клетки, можно не только обнаружить их, но и убить (рис. 45).
Рисунок 45. Дендример, к внешней оболочке которого прикреплены молекулы фолиевой кислоты (фиолетовые), прилипает только к раковым клеткам. Светящиеся молекулы флюоресцеина (зелёные) позволяют обнаружить эти клетки, молекулы метотрексата (красные) убивают раковые клетки. Это даёт возможность избирательно убивать только раковые клетки.
Перед медицинской наукой проблема рака до сих пор остается одной из самых актуальных. Новейшие достижения науки и техники в борьбе с тяжелым недугом позволяют уже сегодня помогать больным, ранее считавшихся неизлечимыми. Наномедицина, как наиболее перспективная технология, предлагает свои оригинальные подходы в лечении онкологических больных.
Ни при какой другой терапии так сильно не боятся побочных действий как при лечении рака. Облучение и химиотерапия приводят к значительным нагрузкам на организм пациентов. Исследователи нанотехнологий стремятся уменьшить побочное действие лекарств и в то же время усилить их воздействие на опухолевые клетки. Нано-частицы - это лишь несколько атомов Нано-частицами называют очень маленькие частицы материала, в которых содержится лишь несколько атомов. Их номенклатура происходит от микроскопического размера, который измеряется в нанометрах. 1 нм - это миллиардная часть от 1 метра. Из-за этого крайне малого размера у нано-частиц есть другие химические и физические свойства, отличающиеся от свойств больших образований из того же материала. Наночастицы в борьбе против рака В Берлинском университете Шарите пытаются использовать нано-частицы в борьбе против рака. Для этого используются самые микроскопические частицы окиси железа. У них есть свойство нагреваться в магнитном поле, если его полярность изменяется очень быстро, а именно около 100 000 раз в секунду. При этом температуру частиц можно устанавливать любой. Если вводить эти крохотные частицы окиси железа в опухоль, то можно обогревать таким образом целенаправленно опухолевые клетки. Здоровые же клетки не проницаемы именно для этих нано-частиц. Таким образом впервые получен способ нагревания опухолевой ткани точно на желаемую температуру. При воздействии небольших температур до 45 ° C можно повышать эффект от обычной химиотерапии и лучевой терапии. Если температуру увеличить до 70 °C, опухолевая ткань по-настоящему испаряется, а здоровая ткань, тем не менее, остается нетронутой. Результаты будут получены в течение 3-х лет В Берлинской клинике радиологии Шарите этот новый метод испытывается в рамках клинического исследования на избранных пациентах. По сведениям в исследование вошли пациенты, имеющие рак любого органа, но размер опухоли не превосходит 5 см. Еще необходимы последующие кропотливые анализы, прежде чем начинать применять метод рутинно на большом числе пациентов. Поэтому руководитель исследований профессор Петер Вуст предостерегает перед опрометчивой эйфорией. При всем при том он считает возможным применение нано-терапии рака в обозримом будущем: "Исследования, которые мы проводим в настоящее время настолько продвинулись вперед, что мы хотим представить выводы уже через 3 года. И если выводы будут такими, как мы этого ожидаем, тогда возможно уже в этот период метод будет допущен к применению в практическом здравоохранении"
МЕДИЦИНА И НАНОТЕХНОЛОГИИ ПРОТИВ РАКА: «ПРОТОКЛЕТКИ» ДОСТАВЛЯЮТ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА В ЯДРО РАКОВОЙ КЛЕТКИ
Объединив нанотехнологические методы с результатами медицинских исследований, ученые Национальной лаборатории Сандиа (Sandia National Laboratories), Университет Нью-Мехико (University of New Mexico, UNM), и Исследовательского и лечебного онкологического центра (Cancer Research and Treatment Center, CRTC) при UNM разработали эффективную стратегию использования наночастиц для уничтожения раковых клеток.
В статье, анонсируемой на обложке майского номера журнала Nature Materials, доступного он-лайн, ученые описывают кремниевые наночастицы размером около 150 нанометров в диаметре, напоминающие пчелиные соты, полости которых могут быть заполнены большими количествами различных лекарственных препаратов.
«Огромный потенциал нанопористого ядра, с его большой площадью поверхности, в сочетании с улучшенным таргетингом инкапсулирующего липидного бислоя [липосомы] позволяет отдельной «протоклетке», загруженной коктейлем из лекарственных препаратов, убивать резистентные раковые клетки», – комментирует суть работы ее руководитель профессор Университета Нью-Мехико Джефф Бринкер (Jeff Brinker), научный сотрудник лаборатории Сандиа.
Наночастицы и окружающие их образованные из липосом мембраны, практически аналогичные клеточным, вместе составляют комбинацию, которую можно рассматривать как «протоклетку»: мембрана «запечатывает» смертоносный груз и модифицируется молекулами (пептидами), специфически связывающимися с рецепторами, сверхэкспрессирующимися на поверхности раковых клеток. (Слишком большое количество рецепторов – один из сигналов того, что клетка является раковой). Наночастицы обеспечивают стабильность мембраны и содержат терапевтический (или диагностический, например, квантовые точки) груз, высвобождая его внутри клетки.
Сегодня одобренной Управлением по контролю над качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США (U.S. Food and Drug Administration) стратегией доставки терапевтических препаратов с помощью наночастиц является использование липосом. Сравнение целевых липосом и протоклеток с идентичными мембранами и пептидными композициями показало, что способность доставлять большее количество препаратов, стабильность и эффективность таргетинга протоклеток приводят к многократному усилению цитотоксичности, специфически направленной на клетки рака печени человека.
Другое преимущество протоклеток над липосомами, говорит ведущий автор исследования Карли Эшли (Carlee Ashley), заключается в том, что использование липосом в качестве носителя требует специализированных стратегий загрузки, что делает процесс их производства более сложным. В отличие от обычных липосом нанопористые кремниевые частицы практически просто впитывают лекарственные препараты, загружаясь уникальными комбинациями, необходимыми для персонализированной медицины. Помимо химиотерапевтических препаратов они эффективно инкапсулируют токсины и малые интерферирующие РНК (siRNA), подавляющие экспрессию генов.
РНК, биологические мессенджеры, «говорящие» клеткам, какие белки они должны синтезировать, в этом случае используются для подавления синтеза – один из способов вызвать запрограммированную клеточную смерть, или апоптоз.
Составляющие мембрану липиды служат в качестве щита, ограничивающего просачивание токсичных химиотерапевтических препаратов из наночастиц до тех пор, пока они не проникнут в раковую клетку. Это означает, что в организм пациента попадет меньшее количество яда, если протоклетки не найдут раковых клеток. Такое покрытие смягчает токсические побочные эффекты, практически неизбежные при проведении традиционной химиотерапии.
Вместо этого частицы – достаточно маленькие, чтобы оставаться незамеченными «радарами» печени и других органов – могут циркулировать в крови в течение многих дней или даже недель, в зависимости от их размера, ища свою жертву и не нанося вреда организму.
Используя данные созданной в CRTC библиотеки фагов – вирусов, поражающих бактерии – ученые нашли пептиды, специфически связывающиеся только с раковыми клетками.
«Белки, модифицированные целевым пептидом, связывающимся с клетками определенной карциномы, демонстрируют в 10000 большее сродство именно к этим раковым клеткам, чем к каким-либо другим клеткам организма», – объясняет Эшли. «Ключевой особенностью нашей протоклетки является то, что ее жидкий бислой позволяет высокоаффинное связывание всего с несколькими из таких пептидов. Это снижает вероятность неспецифического связывания и развития иммунной реакции».
Ученые продолжают оптимизировать размер наночастиц из пористого кремния, получаемых аэрозолизацией раствора предшественников. Разработанный лабораторией Бринкера процесс производства пористых наночастиц – называемый индуцируемой выпариванием самосборкой – позволяет получать частицы от 50 нанометров до нескольких микрон в диаметре. Частицы размером от 50 до 150 нм идеально подходят для максимально долгой циркуляции в крови и поглощения раковыми клетками, поэтому до превращения в протоклетки они предварительно отбираются по размеру.
Сейчас метод тестируется на человеческих раковых клетках in vivo, и в ближайшее время ученые приступят к его проверке на опухолях мышей. По их оценкам, коммерчески доступным он может стать в течение пяти лет.
Здоровье. Нанотехнологии против рака
В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в лечении рака является применение нанотехнологий. Использование наночастиц в сочетании с термической обработкой злокачественной опухоли дает неплохие результаты. Новое исследование немецких ученых позволяет надеяться, что применение нанотехнологий в борьбе против рака может стать более эффективным. Они занимаются разработкой методики, которая позволит концентрировать наночастицы исключительно в опухолях. До сих пор введенные в организм наночастицы попадали в разные части тела.
Ученые воспользовались магнитной релаксометрией для получения информации о месторасположении наночастиц и направления их к злокачественным клеткам. Используемые в данном исследовании наночастицы представляют собой крохотные частицы, которые по умолчанию находятся в статичном состоянии, но под воздействием внешнего магнитного поля и температуры могут менять свои свойства. Учеными создан квантовый прибор, который может управлять поведением наночастиц, заставляя их проявлять нужные качества. С помощью этого прибора можно также определить, сколько наночастиц находиться в определенной части тела.
Концентрация наночастиц в опухоли позволит повысить эффективность и безопасность терапии. В этом случае при повышении температуры опухоли до шестидесяти градусов по Цельсию начнется процесс разрушения раковых клеток наночастицами. При этом клетки здоровой ткани окажутся вне опасности.
Разрабатываемая методика находится на стадии лабораторного тестирования. Исследователям пока не удается заставить наночастицы находиться в опухолях продолжительное время.
Нано-черви для борьбы с раковыми опухолями
Опубликовано Svidinenko в 15 мая, 2008 - 14:17
Сегментированные «нано-черви», состоящие из магнитного оксида железа и покрытые полимером, смогут в один прекрасный день попасть внутрь нашего тела для поиска и уничтожения раковых опухолей.
Команда ученых из Сан-Диего, Санта-Барбары и Массачусетского Технологического Института (МТИ) разработали новый тип противоракового лекарства, использующего нанотехнологии. Одна из особенностей изобретенных ими «нано-червей» заключается в их «невидимости» для иммунной системы человека.
Благодаря магнитным «нано-червям» врачи смогут быстро найти в организме опухоли даже таких малых размеров, которые невозможно обнаружить традиционными методами.
Рис. 1. Многозвенные «нано-черви»
Более того, «нано-черви» могут служить челноками для доставки лекарств в обнаруженные опухолевые ткани, не затрагивая при этом здоровые. Большинство наночастиц рассматривается иммунной системой человека как посторонние, и поэтому проблема иммунного ответа не дает в достаточной мере использовать их для борьбы с раковыми заболеваниями.
Но морфология «нано-червей» и специальное полимерное покрытие на их поверхности позволяет обмануть иммунную систему. В экспериментах наночастицы циркулировали внутри кровеносной системы мыши много часов, и не вызвали воспалительной реакции.
Отличительная особенность 30-нанометровых «червей» заключается в том, что они состоят из отдельных намагниченных сегментов-наночастиц оксида железа, легко распознаваемых с помощью магниторезонансной томографии.
Кроме полимера на поверхности «червей» содержатся молекулы специфического белкового маркера F3, который легко присоединяется к аналогичным маркерам на поверхности раковых клеток.
Еще одно достоинство удивительной наноструктуры заключается в их гибкости и подвижности, из-за чего время их жизни в кровеносной системе гораздо дольше.
Сейчас ученые работают над тем, как нанести несколько белковых меток на поверхность червей-челноков. Таким образом врачи получат возможность диагностировать сразу несколько видов опухолей.
Нанотехнологии для лечения раковых заболеваний
Автор: admin | 20-02-2011, 18:00 | Просмотров: 578
Рак. Этот страшный диагноз и сейчас нередко звучит как смертный приговор. Если болезнь была обнаружена в запущенной форме и опухоль уже начала вырабатывать метастазы, справиться с недугом становится довольно сложно. Нередко бывает, что радиотерапия и современные лекарственные препараты не приводят к полному выздоровлению. Медицина не всегда в состоянии победить этот коварный недуг.
Ученые до сих пор гадают, зачем раковая опухоль формирует собственную систему из сосудов и как ее использовать для повышения шанса пациента на полное выздоровление. Нанотехнологии в области медицины пытаются найти методы, которые помогут врачам бороться с раковыми опухолями максимально эффективно.
Исследователи из США провели вычисления и получили интересные результаты. В качестве объекта для проведения эксперимента послужили нано частицы золота. Такая дополнительная терапия не только поможет доставить внутрь опухоли необходимые лекарства, но и нарушить процесс образования метастазов и заставить сосудистую систему образования перестать работать.
Современная наука усиленно ищет нестандартные пути решения в борьбе с тяжелыми заболеваниями. Одним из таких проектов занимаются ученые из Harvard Medical School, Brigham and Women's Hospital, Dana-Farber Cancer Institute из США. Они решили проверить свое предположение, что при использовании нано частиц золота в борьбе с раковыми клетками, они концентрируются именно в сосудах опухоли.
В качестве основного метода лечения рассматривали лучевую терапию с интенсивностью излучения около 100 КэВ. В этих условиях металлические частицы работают как наномашины, которые очень быстро отдают окружающим клеткам полученную извне энергию. В результате воздействие на опухоль, особенно внутри сосудистой системе усиливается. Подробный отчет о проделанной работе можно посмотреть на страницах журнала International Journal of Radiation Oncology Biology Physics.
Созданная модель представила клетки опухоли в виде пластин 2х10х10 мкм, 7 элементов составляла систему, подлежащую уничтожению. Случайным образом введенные в среду ракового образования нано частицы золота сгруппировались вокруг «кровеносного сосуда» по линии его стенок. Математические расчеты дали прирост в 70 % интенсивности итогового лучевого воздействия.
В скором времени ученые планируют продолжить работу по обнаружению способов повышения эффективной лучевой терапии для лечения рака. Возможно, совсем скоро, за выполнение этой работы примутся нанороботы, а не простые частички золота.
На основе нанотехнологий британскими учеными разработан новый подход к борьбе с раковыми заболеваниям.
дата публикации: 04.05.08
Новая технология борьбы с раковыми заболеваниями, основанная на впрыскивании намагниченных наночастиц в организм человека, создана британскими учеными. Об этом сообщила лондонская газета «Ивнинг Стандард».
Получившие название "магнитные роботы", эти частницы направляются с помощью магнитной дистанционной системы управления движением в те участники организма, где находятся канцерогенные клетки. Затем на данные места направляют мощный луч света, который нагревает "магнитных роботов" и они "выжигают" пораженные раком клетки, не нанося вред здоровым.
Методика, разработанная новой лондонской исследовательской лабораторией Королевского института, подтверждает огромный потенциал для современной медицины нанотехнологий. Благодаря ей ученые получают возможность действовать на молекулярном уровне, и, как в случае с "магнитными роботами", атаковать лишь пораженные клетки, отмечают специалисты.
