Ученые предложили доставлять радиоактивные изотопы к опухоли с помощью наночастиц кремния

Разработка международного коллектива совместила две актуальные тенденции современной медицины: таргетную терапию и нанотехнологии. Ученые НИЯУ «МИФИ», Медицинского радиологического научного центра им. Цыба, Института биоорганической химии РАН, МГУ, а также Университета Экс-Марсель (Франция) и Университета штата Нью-Йорк (США) предложили доставлять радиоактивные изотопы к опухоли с помощью наночастиц кремния. Авторы обещают революцию в ядерной медицине.

Таргетная, или прицельная, радиотерапия дает возможность бороться со злокачественными новообразованиями практически без вреда для здоровых тканей: радиоизотопы доставляются прямо в опухоль и там распадаются. Распад сопровождается ионизирующим излучением, которое разрушает раковые клетки.

Транспорт для радионуклида

В ядерной медицине три основных подхода к доставке радиоактивных частиц. Первый — прямое введение радионуклида в пораженную ткань, он показан при обширных опухолях. Второй — радионуклиды прикрепляют к белковым соединениям, в том числе антителам. Но они очень легкие, много не унесут, к тому же очень сложны в изготовлении — радиофармпрепарат получается слишком дорогим. Третий способ: радиоизотоп инкапсулируют в наноноситель. Метод обеспечивает непревзойденную точность. В качестве нанотранспорта для радионуклидов ученые используют цеолиты, полимеры, стекло и металлы.

Международный коллектив под руководством МИФИ применил в качестве носителей биорастворимые наночастицы кремния. Их изготовили ультрачистым методом лазерной абляции в водной среде. Испарение вещества с поверхности лазерным импульсом позволяет получить пленки нанотолщины. Использование тяжелых по сравнению с белковыми молекулами кремниевых наночастиц обеспечивает высокую концентрацию радионуклида на единичном носителе. РФП покрывают полимерным веществом полиэтиленгликолем — это делает его невидимым для иммунной системы пациента и дает возможность свободно циркулировать в кровотоке.

Перспективный рений

В экспериментах ученые заключили в наночастицу кремния рений-188 — один из самых мощных бета-излучающих радионуклидов. Короткий период полураспада, 17 часов, позволяет быстро достичь клинического эффекта. Изотопу предрекают большой успех в ядерной медицине: эксперты говорят, со временем он станет самым востребованным в терапии онкозаболеваний — как сейчас технеций-99 для диагностики.

В прошлом году в Физико-энергетическом институте по рению-188 прошел семинар ведущих специалистов в этой области — врачей-радиологов, производителей сырья, разработчиков и изготовителей медицинских изделий и радиофармпрепаратов. Там рассказывали о препаратах на основе рения-188 для лечения крупных опухолей, рака кожи, келоидов, медуллярного рака щитовидной железы, рака молочной или предстательной железы. В России разработаны и прошли клинические испытания РФП с рением-188 для лечения костных метастазов. Это один из немногих изотопов, из которых можно делать остеотропные (способные накапливаться в костях) препараты. Поток бета-частиц интенсивно воздействует на опухолевую ткань, патологические клетки, разрушающие кость, клетки, стимулирующие патологическое костеобразование, а также нервные окончания, а костный мозг не успевает пострадать из-за короткого периода полураспада рения-188.

Немаловажно то, что рений-188 производят в России — значит, не придется платить баснословные деньги за доставку из-за рубежа, и РФП будут доступными. Материнский изотоп, вольфрам-188, нарабатывается на реакторе СМ-3 в НИИАР. ФЭИ создал генератор рения-188 из вольфрама «Грен-1» (на фото).

Тесты на животных

«Эксперименты с использованием наночастиц кремния в качестве носителей показали радикальное улучшение фармакокинетики радионуклида, доставку во все жизненно важные органы, а также отличное удержание рения-188 в опухоли, что позволяет максимизировать терапевтический эффект», — сообщил научный руководитель Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ «МИФИ», директор по исследованиям Национального центра научных исследований Франции (CNRS) Андрей Кабашин. Продукты распада РФП полностью выводятся из организма через почки в течение нескольких дней без каких-либо побочных эффектов.

Препарат уже проверили на животных. «Тесты на выживаемость крыс продемонстрировали хороший терапевтический эффект», — отметил Кабашин. В экспериментальной группе спустя месяц после начала лечения выжило почти три четверти особей, в то время как в контрольной группе, не получавшей лечения, не выжил никто.

Лечиться и не отравиться

Удивительно, но наночастицы могут резко отличаться по физическим и химическим свойствам и биологическому воздействию от более крупных частиц того же вещества. Широкому применению наночастиц в медицине мешает потенциальная токсичность для человеческого организма: нередко они вступают во взаимодействие с белками, что приводит к изменениям структуры биологических молекул. Функция белка (гормона или фермента) нарушается, развивается аутоиммунная реакция: организм начинает блокировать измененные молекулы белка, принимая их за чужеродные образования, а также образуются агрегаты белков в виде фибрилл и бляшек, приводящие к нейродегенеративным заболеваниям (болезням Альцгеймера и Паркинсона).

Однако совсем недавно коллектив ученых, в том числе из МИФИ, доказал, что токсичность наночастиц можно регулировать. «Проблема нанотоксичности стала особо актуальной в связи с перспективами использования нанокристаллов в медицине в качестве компонентов диагностических и терапевтических систем. Нам удалось решить задачу управления токсичностью нанокристаллов: как увеличивать ее, так и практически сводить на нет в частицах абсолютно разнообразной природы, вне зависимости от химического состава», — рассказал ведущий ученый Лаборатории нанобиоинженерии НИЯУ «МИФИ» Игорь Набиев, один из соавторов исследования, проведенного совместно с коллегами из Реймсского университета (Франция), Тюбингенского университета (Германия) и Сеченовского университета.

Ученые обнаружили, что токсичность наночастиц при нахождении в человеческом организме зависит от их размера и заряда поверхности намного сильнее, чем от их химического состава (раньше считалось, что все наоборот). Следовательно, степенью токсичности наночастиц можно управлять, меняя их размер и заряд поверхности. Открытие заставляет переосмыслить природу нанотоксичности и открывает перспективы для создания нового поколения нанолекарств.