Один из основных методов борьбы со злокачественными опухолями — химиотерапия. Однако, несмотря на высокую эффективность, она приводит к тяжелым побочным эффектам для пациента, поскольку агрессивные лекарства убивают и здоровые клетки. Кроме того, новообразования со временем, подобно бактериям, способны развивать устойчивость к препаратам. Поэтому ученые ищут «умные» системы, которые бы доставляли лекарство точно к цели, не затрагивая здоровые органы и ткани, и помогали избежать развития устойчивости к лечению у опухоли.
Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань), Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр РАН» (Казань) с коллегами из Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси (Беларусь) разработали умную систему «два в одном»: она работает и как курьер, доставляя противораковый препарат непосредственно в опухолевые клетки, и как самостоятельный агент, который атакует новообразование.
В основе разработки лежат дендримеры — трехмерные полимерные молекулы, которые по строению напоминают дерево с пышной кроной: в них от центрального ядра отходит множество разветвленных цепочек атомов.
В качестве ядра для таких молекул авторы выбрали сложное органическое соединение, состоящее из четырех бензольных колец, соединенных атомами серы. Интересно, что кольца в этой молекуле формируют структуру, похожую на чашу. Такое строение ядра способствует тому, что молекула изначально имеет определенную организованную структуру. Это позволяет использовать дендримеры на основе предложенного ядра в качестве удобного элемента наноконтейнера для доставки лекарств.
«Пришив» к ядру дополнительные молекулы-«ветви», химики получили серию дендримеров, способных захватывать и удерживать известный препарат для химиотерапии — 5-фторурацил. В воде такие комплексы самопроизвольно собираются в стабильные наночастицы, размер которых хорошо подходит для их проникновения и накопления в опухолевых клетках. Эксперименты с раковыми клетками показали, что дендримеры оказывают двойное действие: они не просто служат переносчиком для 5-фторурацила, но и сами по себе проявляют противоопухолевую активность.
«Самым интересным оказалось то, что дендримеры и химиопрепарат, который они несут, взаимно усиливают друг друга. Это позволяет снизить концентрацию доставляемого лекарства и тем самым избежать побочных эффектов. Так, наши исследования показали, что в концентрациях, которые смертельны для опухолевых клеток, наночастицы не проявляют значительного токсического эффекта по отношению к здоровым клеткам крови человека», — отметил руководитель проекта Павел Падня, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского федерального университета.
Таким образом, предложенная учеными стратегия «двойного удара» может помочь в создании более безопасных и эффективных протоколов лечения опухолей. Возможность значительно снизить дозу токсичного лекарства без потери эффективности — это прямой путь к улучшению качества и продолжительности жизни пациентов с онкологическими заболеваниями. В перспективе системы на основе дендримеров могут стать частью персонализированной медицины, где терапия будет подбираться не только по типу опухоли, но и доставляться максимально адресно, нанося минимальный урон организму в целом.
«В дальнейшем мы планируем улучшать разработанные системы с точки зрения еще большего повышения их безопасности и снижения токсичности, а также исследовать возможность их использования в комбинации с другими современными химиотерапевтическими препаратами. Еще одним важным направлением дальнейшей работы станет изучение эффективности разработанных систем в живых организмах, что, в случае положительных результатов, даст возможность внедрить результаты в медицинскую практику», — рассказал Павел Падня.
Результаты исследования,
поддержанного грантом Российского научного фонда,
опубликованы в журнале Materials Today Chemistry.
