Ученые Гарварда и бостонской клиники Бригэм и женщины (Brigham and Women’s Hospital) разработали метод, позволяющий врачам назначать более высокие дозы мощного химиотерапевтического препарата, использование которого ограничено его токсичностью не только для опухоли, но и для почек больного.

Шиладитья Сенгупта, доцент Гарвардской медицинской школы,
прилагает усилия по снижению токсичности для
здоровых тканей платины, действующего вещества
противораковых препаратов.
(Стэфани Митчелл/штатный фотограф Гарварда)

Чтобы доставить токсичные атомы платины к опухолям, одновременно полностью заблокировав накопление платины в почках, исследователи, проводившие испытания на лабораторных животных, объединили химию и нанотехнологии. Работой ученых руководил доцент Гарвардской медицинской школы Шиладитья Сенгупта (Shiladitya Sengupta), чья лаборатория наномедицины находится в филиале Гарварда – клинической больнице Бригэм и женщины.

Свое проводившееся в течение трех лет исследование Сенгупта сосредоточил на цисплатине, мощном антиканцерогенном препарате, относящемся к химиопрепаратам первой линии. Сенгупта считает, что препарат, разработанный более 40 лет назад, имеет много позитивных эффектов. Он относительно недорог и эффективен по отношению ко многим формам рака. Однако высокая токсичность ограничивает его использование.

Несмотря на несколько попыток улучшить цисплатин, этого так и не удалось сделать. Два аналогичных препарата, также имеющие в своем составе платину, менее токсичны для почек, но и менее активны по отношению к опухолям.

Хотя химия цисплатина сложна, ключом к его эффективности – и к токсичности – является то, насколько легко он высвобождает платину, как на месте опухоли, так и в почках.

Производители двух альтернативных препаратов снизили их токсичность, сделав более прочной химическую связь платины. Но Сенгупта в своем исследовании пошел по другому пути. Зная, что частицы размером больше 5 нанометров не будут поглощаться почками, он приступил к разработке суперразмерного цисплатина.

Понимая химические свойства молекулы цисплатина и законы, управляющие сборкой молекул, его группа создала полимер, способный пройти через молекулу цисплатина так, как это делает нить, проходящая через центральное отверстие бусины. Как только на нить «нанизывается» достаточное количество цисплатина, вся молекула сворачивается в сферическое образование размером 100 нанометров, слишком большое, чтобы попасть в почки.

Чтобы создать требуемый дизайн молекулы, потребовалась пара попыток, говорит Сенгупта. Хотя первоначальный проект молекулы оказался нетоксичным для почек, он был менее эффективен, чем оригинальный цисплатин. Тогда Сенгупта и его коллеги оптимизировали химическую формулу таким образом, что молекула стала менее прочно удерживать атомы платины.

Исследование, проведенное доцентом Университета Нотр-Дам (University of Notre Dame) Басаром Билгикером (Basar Bilgicer), показало, что молекула аккумулировалась в опухолевой ткани, проницаемые кровеносные сосуды которой позволяли ей выходить из капилляров, питающих опухоль. Она слишком велика, чтобы попасть в другие ткани, такие как почки, легкие, печень или селезенка. Более высокая кислотность опухолевой ткани приводит к распаду молекулы с выделением ее токсичного груза в раковую ткань.

«Молекула показала наименьшую токсичность для почек», – комментирует свои успехи Сенгупта.

Новое химическое соединение показало свою эффективность по отношению к раку легких и молочной железы. Патолог Даниэла Динулеску (Daniela Dinulescu) из клиники Бригэм и женщины на трансгенной модели рака яичников, имитирующей заболевание у людей, также продемонстрировала, что химическая наноструктура превосходит цисплатин.

Новый нанопрепарат еще не применялся на людях и потребует длительных экспериментов перед тем, как можно будет перейти к его клиническим испытаниям.

Исследование профинансировано Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health) и программой по исследованию рака молочной железы Министерства обороны США.