Умом и теплом

Как металлические наночастицы разрушают опухоли без побочных эффектов.

Онкозаболевания по смертности занимают одно из первых мест среди неинфекционных болезней. И хотя учёные, исследуя останки древних людей, не раз обнаруживали следы онкологии, всё же эта беда не носила такого масштабного характера. Рост числа онкологических заболеваний в последние сто лет породил разные точки зрения на причины происходящего. Ответ на вопрос «Кто виноват?» — удлинившийся срок жизни, плохая экология, питание, техногенные факторы, стрессы, — наверное, мог бы дать верный курс для профилактики. Но пока в течение веков основным вопросом для учёных и врачей остаётся «Что делать?».

Методы, которые работают сегодня, не могут считаться оптимальными. Поскольку они воздействуют на организм целиком, нарастающая интоксикация и общее ослабление организма зачастую делают продолжение терапии невозможным. При этом очевидно, что успехом в борьбе с онкологией можно назвать только высокое качество жизни пациента и долгосрочную эффективность лечения. Значит, задача — в поиске более щадящего и, в то же время, результативного метода.

Метод «прожарки»

Ещё в Древнем Египте врачи пытались лечить рак путём прогревания опухоли железом. Однако первый случай полного исчезновения подтверждённой саркомы после перенесённой лихорадки описан немецким хирургом Вильгельмом Бушем в 1866 году. Систематические исследования противоракового эффекта бактериальных инфекций выполнил американский хирург-онколог Вильям Коли в 1890-х годах, и впоследствии это привело к появлению «бактериально-прививочных» методов лечения злокачественных опухолей. Антираковый эффект бактерий связан с разными факторами: бактерии непосредственно могут убивать раковые клетки, они могут стимулировать иммунитет атаковать рак, наконец, сама повышенная температура, неизбежно возникающая при инфекции, способна губить больные клетки. (Подробно об этом см. «Бактерии против рака»).

Современная наука ушла далеко вперёд от негуманных методов «старой школы». Исследованиями было доказано: физико-химические различия между нормальными и раковыми клетками могут быть использованы для избирательного и целенаправленного влияния высокой температуры на злокачественную опухоль.

Как перспективный способ «прогреть» опухоль (так, чтобы раковые клетки безболезненно для пациента погибли), сегодня предлагается использовать металлические наночастицы, внедрённые в тело опухоли. Нагревание происходит под воздействием электромагнитного излучения.

Израильский учёный-исследователь Офер Шалев на основе данных, собранных им за девять лет изучения использования наночастиц, частиц железа и электромагнитного излучения для лечения новообразований, отмечает, «что нынешние технологические разработки являются основой для уничтожения раковых опухолей даже до четвёртой стадии рака».

И что немаловажно — это лечение без побочных эффектов или развития мутаций, возникающих после каждой вспышки заболевания. А, кроме того, метод гипертермии наночастиц внутри опухоли универсален: в отличие от других технологий, здесь нет необходимости разрабатывать различные методы лечения для каждого типа рака.

— Магнитные наночастицы изучены довольно подробно, часть разработок доведена до клинического применения. Например, немецкая компания Magforce разработала магнитные наночастицы и генератор для терапии методом магнитной гипертермии опухолевых заболеваний. Сейчас они используются для терапии рака головного мозга и простаты, — рассказывает кандидат химических наук, доцент кафедры медицинских нанобиотехнологий РНИМУ им. Н. И. Пирогова Максим Абакумов.

Исследования по использованию гипертермии для лечения онкозаболеваний активно ведутся и в России: работают группы учёных в Сибирском государственном медицинском университете и Мордовском государственном университете им. Н. П. Огарёва. При этом, есть наработки как по самим частицам, так и по приборам для нагрева частиц в организме.

О перспективности гипертермального подхода к лечению онкозаболеваний свидетельствует целый ряд биотехнологических стартапов последнего десятилетия, использующих описанную технологию.

Как это работает?

Убить опухоль можно, к примеру, золотыми наночастицами, разогреваемым лазерным лучом (о таком методе мы писали несколько лет назад).

Другой вариант — использовать радиочастотные импульсы, которые будут разогревать магнитные наночастицы. Энергия, которая передаётся магнитной частице, переходит в тепло, и окружающая наночастицу вода нагревается. Доказано, что локальный нагрев ткани до 42°С способен запустить механизм гибели раковых клеток. Самый тонкий момент в этой рабочей схеме — накопить в опухоли достаточное количество наночастиц.

И именно поэтому для оценки эффективности того или иного способа «десантирования» наночастиц в новообразование нужен качественный способ измерить их накопление внутри опухоли.

— Для создания препаратов и разработки схемы терапии с применением такого перспективного метода, как локальная магнитная гипертермия, критически важным является определить период времени после введения, в течение которого магнитные наночастицы сохраняют свои магнитные свойства и, соответственно, способность разогреваться при наложении внешнего магнитного поля. Сегодня учёные активно внедряют исследовательские подходы, основанные на магнитных измерениях биообразцов, — рассказывает заведующая центра Биологических исследований и биоинженерии Центральной научно-исследовательской лаборатории Сибирского государственного медицинского университета Александра Першина.

Способы подсчёта частиц разрабатываются, как за рубежом, так и в российских научных центрах. Нанотехнологический центр «Сигма.Новосибирск», инвестирующий в создание технологических бизнесов, вложился в бельгийский стартап компании Pepric для того, чтобы поставить разработанный ими метод на службу российской науке, медицине, а главное — здоровью человека. Компания Pepric на основе электронного парамагнитного резонанса и подсчёта спинов частиц разработала подход количественного определения магнитных частиц в пробе. Подход был успешно применён в ряде доклинических исследований, посвящённых магнитной гипертермии опухолей.

— Магнитная гипертермия — безусловно, многообещающий метод лечения онкологических заболеваний. Однако есть и другие, не менее эффективные и уже хорошо зарекомендовавшие себя методы. В первую очередь, это радионуклидная терапия, один из видов тераностики — перспективного направления развития медицины, которому в «РОСНАНО» уделяют особое внимание, — рассказывает заместитель Председателя Правления Консорциума «Медицинская техника», советник Председателя Правления «РОСНАНО» Иван Ожгихин.

В чем суть метода Pepric?

Для определения массы магнитных наночастиц в пробах используется модифицированный метод электронного парамагнитного резонанса, который позволяет специфически измерять количество железных частиц в пробе, игнорируя растворимые формы данного металла.

Исследование проводится на приборе Pepric, созданном по уникальной запатентованной технологии. По сравнению с традиционным спектрометром Pepric обладает более высокой чувствительностью по отношению к магнитным частицам. Возможно его применение для измерений в клеточной и генной терапии, исследования действия вакцин, доставки лекарственных средств и магнитоимунного анализа.

Измерения можно проводить как в растворах, так и в твёрдых пробах, что существенно расширяет область применения метода. При помощи этого подхода можно корректно измерить эффективность захвата железных наночастиц раковыми клетками. Pepric будет полезен как на этапе разработки препарата на основе магнитных наночастиц, так и в доклинических исследованиях. Количество магнитных наночастиц, захваченных опухолевыми клетками, напрямую определяет эффективность терапии данного вида.

Технические характеристики. Спектрометр Pepric

– переменное магнитное поле 14 мТл обеспечивает высокую интенсивность сигнала от магнитных наночастиц.

– низкая радиочастота (область УВЧ-ОВЧ) 300 МГц позволяет снизить диэлектрические потери в биологических тканях, а также сохранить целостность образцов после проведения измерений

– максимальная точность достигается за счёт того, что Pepric способен отличать магнитные частицы от других примесей железа в исследуемом образце благодаря измерению на точной частоте Лармора.

Дойти до самой сути

Большое количество научных работ посвящено перспективности ферромагнитной гипертермии в лечении онкологических заболеваний. Но вместе с этим, как отмечают эксперты, фазы доклинических и клинических исследований — самые дорогие и длительные в создании лекарства. По данным Европейской академии пациентов (EUPATI), путь нового препарата к аптечному прилавку в среднем составляет 12 лет и требует вложений в размере миллиарда евро.

Однако исследователям всегда хочется отыскать методы ускорения процессов, чтобы результат стал понятен как можно быстрее. Немаловажно в этом вопросе — сколько будет стоить исследование. Оценка намагниченности позволяет делать выводы не только о наличии магнитных наночастиц в пробе, но и об изменении их концентрации во времени. В настоящее время подобные данные могут быть получены с использованием дорогостоящего импортного  оборудования, которое кроме того не работает без высококвалифицированного оператора.

По оценке томского центра Биологических исследований и биоинженерии, для выполнения доклинических исследований в объёме, необходимом для получения статистически значимых результатов, стоимость одного анализа не должна превышать 500 рублей, а трудоёмкость составлять не более 0,1 чел/час. Эти требования недостижимы даже при выполнении анализов популярным методом атомно-эмиссионной спектроскопии.

Новосибирский «Референс-центр клеточных технологий» доказал: Pepric-технология определения количества частиц кратно ускоряет разработку и доклинические испытания, что может существенно сократить время появления работающих технологий. Уже сегодня организовано и отлажено производство Pepric-спектрометров в Новосибирске.

— В Новосибирском Академгородке создана контрактная лаборатория, где на базе российского спектрометра проводятся измерения количества частиц в тканях. Заказчиками исследований, как правило, выступают ведущие исследовательские центры России, — рассказывает директор Новосибирского «Референс-центра клеточных технологий» Дмитрий Крахин. —  В ближайших планах — создание подобной лаборатории в Нанотехнологическом центре «Техноспарк» в Троицке. Это обусловлено географическим фактором, так как  значительная доля заказчиков находится в центральной части России.

Для отечественных научно-исследовательских центров, работающих с наночастицами, это хорошая новость. Российская технология определения количества частиц значительно ускоряет разработку и доклинические испытания.

— Метод Pepric перспективен для проведения исследований с магнитными наночастицами. Главным достоинством внедрения данного метода является повышение валидности измерений содержания магнитных наночастиц. Простота использования и высокая скорость получения данных позволяет значительно сократить время и увеличить количество образцов, анализируемых в рамках одного эксперимента, а, следовательно, улучшить качество, снизить стоимость и ускорить проведение доклинических исследований. Это будет способствовать интенсификации доклинических исследований и скорейшему внедрению инновационных продуктов на основе магнитных наноматериалов в практическое здравоохранение, — отмечает заведующая центра Биологических исследований и биоинженерии Центральной научно-исследовательской лаборатории Сибирского Государственного Медицинского Университета Александра Першина.