Канадские ученые разработали метод доставки лекарств в труднодоступные участки опухолей с помощью бактерий, чувствительных к магнитному полю и уровню кислорода. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Быстрорастущие злокачественные новообразования активно поглощаю кислород, из-за чего некоторые их области испытывают кислородное голодание (так называемые гипоксические участки). Существующие наносистемы прицельной доставки лекарств, включающие липосомы, мицеллы и полимерные наночастицы, переносимые кровотоком, не могут создать достаточной концентрации препарата в этих участках.
Сотрудники Монреальской политехнической школы, Университетов Макгилла и Монреаля решили использовать для этих целей штамм МС-1 бактерии Magnetococcus marinus. Ее клетки содержат органеллы, чувствительные к магнитному полю, — магнетосомы, которые представляют собой кристаллы магнитного оксида железа, заключенные в липидную мембрану. Кроме того, эти микроорганизмы чувствительны к концентрации кислорода в окружающей среде и способны к активному передвижению. В естественных условиях они передвигаются вдоль линий магнитного поля Земли, пока не находят зону с пониженным содержанием кислорода. При нахождении подобной зоны они мигрируют туда, где концентрация кислорода минимальна, — такие условия существования для них предпочтительны.
Ученые ввели МС-1 иммунодефицитным мышам с карциномой толстой кишки из имплантированных человеческих клеток. После этого животных поместили в магнитное поле, сосредоточенное на опухоли, и убедились, что бактерии прицельно накапливаются в ее гипоксических участках (в отличие от полимерных микросфер, использованных для контроля).
На втором этапе эксперимента исследователи нагрузили МС-1 ковалентно связанными липосомами с противоопухолевым препаратом SN-38. После введения этих бактерий (МС-1-LP) мышам в область опухоли липосомы распределились по всему ее объему, преимущественно в участках гипоксии и некроза. Уровень их прицельного накопления в новообразовании превысил 50 процентов.
При этом введение более 100 миллионов бактерий не вызывало выброса цитокинов (свидетельства воспалительной реакции) и не вредило клеткам крови животных. Таким образом, разработанная методика способна прицельно доставлять лекарства в труднодоступные участки опухолей эффективнее искусственных наносистем, значительно снижая токсические эффекты препаратов на остальные органы и ткани. При этом ее экспериментальное применение у животных не имело выраженных побочных эффектов.
Как отмечают исследователи, в перспективе эффективность МС-1 можно дополнительно повысить путем генетической модификации бактерий и совершенствования алгоритмов их магнитного наведения.
Как уже упоминалось, для прицельной доставки лекарств в экспериментах используют липосомы, мицеллы, полимерные микросферы и другие наноконструкции. Все они обладают недостатками, ограничивающими их применение. Различные научные коллективы мира постоянно занимаются их совершенствованием. Так, например, ученые из Беркли научили наномицеллы проникать в головной мозг, исследователи из Барселоны предложили транспортировать лекарства на микроскопических магнитных «коврах», а американская группа ученых замаскировала полимерные наночастицы от иммунной системы, покрыв их мембраной тромбоцитов. Также предпринимались попытки применения биологических объектов, как и в описываемой канадской работе: международный научный коллектив использовал для этих целей модифицированные диатомовые водоросли.
Олег Лищук