Nanotechnologia kontra nowotwory

Zamiast dewastować organizm toksycznymi lekami, które tylko w ułamku docierają do komórek nowotworowych, trzeba użyć metod bardziej inteligentnych. Nanocząstki w maskującym przebraniu odnajdą guza, zrobią swoje i znikną

Większość metod stosowanych w leczeniu nowotworów nie działa zbyt subtelnie. Pacjentów poddaje się silnie toksycznej terapii, licząc na to, że większe spustoszenie zrobi w szeregach wroga niż wśród zdrowych komórek organizmu. Oczywiście są leki działające bardziej specyficznie oraz sposoby leczenia obejmujące tylko zajęte fragmenty organizmu. A gdyby tak móc precyzyjnie uderzyć wyłącznie w komórki raka, wstrzykując każdej odpowiednią porcję leku?

Nadziei na takie rozwiązanie od lat upatruje się w nanotechnologii.

I nie chodzi tu o znane z filmów science fiction nanoroboty rozstrzeliwujące w spektakularny sposób raka, ale o nośniki leków, które dostarczą określoną ich dawkę dokładnie tam gdzie trzeba, wywierając minimalny wpływ na zdrowe tkanki organizmu, a tym samym zmniejszając skutki uboczne terapii.

Niszczyciel w przebraniu

Na ciekawy, bardzo podstępny sposób zniszczenia komórek rakowych za pomocą nanocząsteczek wpadł zespół profesora Liangfanga Zhanga z University of California w San Diego, którego praca została opublikowana przez pismo „Proceedings of the National Academy of Sciences”. By zwiększyć efektywność terapii za pomocą nanocząsteczek z lekiem, badacze postanowili „przebrać” je za czerwone krwinki. Do przygotowania preparatu naukowcy wykorzystali polimerowe nanokapsułki, które wypełniono substancją leczniczą, a następnie pokryto błoną czerwonych krwinek. W doświadczeniu użyto błony z żywych czerwonych komórek krwi myszy. Najpierw zafundowano krwinkom kąpiel w hipotonicznym roztworze, na skutek której komórki pękały, a ich zawartość wypływała. Po dokładnym oczyszczeniu błon komórkowych zapakowano w nie nanocząsteczki polimeru o średnicy 70 nm, które zawierały lek. W efekcie nanocząsteczka wyglądała - przynajmniej dla organizmu - niczym kolejna czerwona krwinka.

Po co to przebranie? Przede wszystkim dla wydłużenia czasu, który nanocząsteczki spędzają w organizmie i który może być wykorzystany na dostarczenie leku. Jak wykazały doświadczenia przeprowadzone na myszach, ubrane w błonę czerwonych krwinek nanocząsteczki były wykrywalne w organizmie gryzoni niemal przez dwa dni po ich podaniu. Dla porównania, nanocząsteczki bez jakiejkolwiek osłony pozostają w organizmie przez zaledwie kilka, kilkanaście minut, a nanocząsteczki pokryte warstwą syntetycznych związków chemicznych - kilka godzin. Ponadto, jak zauważa profesor Zhang, tak spreparowane nanocząstki stwarzają mniejsze ryzyko reakcji obronnej organizmu - w końcu są pokryte czymś, co pochodzi od samego pacjenta. Co więcej, zastosowanie nanocząsteczek znacznie skracałoby czas podawania leku (chemioterapia podawana w postaci kroplówek trwa po kilka godzin).

Jednak by dotrzeć do pełnego potencjału rozwiązania profesora Zhanga, trzeba zająć się kilkoma kwestiami. - Obecnie pracujemy nad technologią masowej produkcji pęcherzyków z błon czerwonych krwinek oraz łączenia ich z polimerowym jądrem - mówi magazynowi Next profesor Zhang. - Równie ważne jest opracowanie metody umieszczania wewnątrz kapsułek kilku rodzajów leków działających na komórki nowotworowe na różnych zasadach.


Nanocząstki mogą również "jeździć" na czerwonych krwinkach, zamiast się za nie "przebierać"

„Mniej” nie znaczy „gorzej”

W zastosowaniu nanocząsteczek upatruje się też nadziei na zmniejszenie ilości leku podawanej pacjentom. Takie wnioski płyną z badań zespołu pod kierunkiem profesora Stephena Lipparda z MIT oraz Omida Farokhzada z Brigham and Women's Hospital w Bostonie, których opis opublikowano w styczniu na łamach wcześniej wspomnianego pisma. W swoim doświadczeniu naukowcy sięgnęli po lek dobrze znany i używany od kilkudziesięciu lat w leczeniu nowotworów - cisplatynę. Działanie cisplatyny opiera się na tworzeniu wiązań między nićmi DNA, co uniemożliwia podział komórki, a także na wyzwalaniu reakcji metabolicznych prowadzących do śmierci komórki. Niestety lek wywołuje dużo skutków ubocznych, a po jego podaniu zaledwie 1 procent dawki trafia do komórek nowotworowych. Ten problem wzięli na warsztat naukowcy z USA. Najpierw cząsteczki leku zmodyfikowano do postaci proleku, który dał się zapakować w nanokapsułki i uaktywniałby się dopiero przy kontakcie z docelową komórką. Następnie nanokapsułki z cisplatyną zostały odpowiednio zaadresowane - opatrzone znacznikami wiążącymi się z antygenami obecnymi na błonach większości komórek raka prostaty. By wypróbować tę metodę, odpowiednio opakowany lek podano myszom z wszczepionym ludzkim rakiem prostaty. Jak się okazało, dzięki odpowiedniemu opakowaniu lek pozostawał w organizmie gryzoni przez około 24 godziny (kilka razy dłużej niż „nagie” cząsteczki cisplatyny), co zwiększało jego szanse na dotarcie do ognisk choroby. Późniejsze testy wykazały, że zastosowany lek doprowadził do zmniejszenia guzów w przeciągu 30 dni w takim samym stopniu jak tradycyjnie podawana cisplatyna - mimo że naukowcy podali jedynie 30 procent standardowej dawki leku.

Autorzy pracy zauważają, że w środku takich kapsułek można by umieszczać różnego rodzaju leki, a nawet ich kombinacje (wcześniej temu samemu zespołowi udało się ukryć w nanokapsułkach leki o skrajnie różnych właściwościach fizycznych), a także adresować je do różnych rodzajów nowotworów, które mają specyficzne antygeny.

Pozostaje pytanie, czy jesteśmy już obeznani z nanotechnologią na tyle, by stosować nanocząsteczki w leczeniu nowotworów. - To raczej kwestia równowagi między pozytywnymi i negatywnymi efektami takiej terapii. Poważnym problemem w przypadku terapii nowotworów jest znalezienie procedury, która zapewnia efektywne leczenie, a jednocześnie daje mniej działań ubocznych niż chemioterapia. Dlatego badania toczą się w dwóch kierunkach - pierwszy dotyczy celowania w nowotwory i niszczenia ich, drugi - minimalizowania potencjalnych skutków związanych z zastosowaniem nanocząsteczek - tłumaczą magazynowi Next François Rossi i Jessica Ponti z Wydziału Nanonauk Instytutu Zdrowia i Ochrony Konsumentów Wspólnotowego Centrum Badawczego [Joint Research Centre - JRC] przy Komisji Europejskiej.

- Dokonaliśmy znaczącego postępu w rozumieniu interakcji między nanocząsteczkami a systemami biologicznymi. Ta wiedza pozwoliła nam na doprowadzenie do etapu badań klinicznych kilku rozwiązań wykorzystujących chemioterapię, hipertermię lub siRNA. Warto dodać, że w 2005 roku FDA [Food and Drug Administration] zatwierdziła używanie abraxanu [lek zawierający nanocząsteczki zbudowane z albuminy surowicy ludzkiej i stosowanego w terapii nowotworów paklitakselu], a obecnie trwają prace nad zastosowaniem tej formuły w leczeniu innych nowotworów - zdradza nam doktor Piotr Grodziński, dyrektor programu dotyczącego zastosowania nanotechnologii w diagnostyce i terapii nowotworów w National Cancer Institute w USA. Jak sam zauważa, większość prowadzonych badań skupia się na przeformułowaniu obecnie stosowanych chemioterapii dzięki nanocząsteczkom, które służyłyby jako wehikuły leku, dzięki czemu można by osiągnąć większą efektywność leczenia i mniejsze efekty uboczne. - W następnej kolejności zajmiemy się lekami, które - choć wykazują dużą skuteczność w leczeniu - są zbyt toksyczne, by podawać je w wolnej formie - dodaje doktor Grodziński.

Nanocząsteczki mogą służyć nie tylko jako opakowanie na leki przeciwnowotworowe. - Nanocząsteczki bez umieszczonego w nich leku są zwykle nietoksyczne, jednak trwają badania nad wykorzystaniem nanocząsteczek trujących pierwiastków (na przykład srebra), które można by wykorzystać jako „lek” podawany do komórek nowotworowych. Takie leczenie nie byłoby jednakże aż tak specyficzne jak leczenie za pomocą specjalnie zaprojektowanych cząsteczek - mówią naukowcy z JRC.


Nanocząstki srebra pod mikroskopem

 

Małgorzata Minta - dziennikarka pisząca o nauce i nowych technologiach. Współpracowała z „Gazetą Wyborczą”, „Dziennikiem” i „Newsweekiem”, obecnie jej teksty można znaleźć w tygodniku „Wprost”. Ma słabość do gadżetów (tych działających, a zarazem pięknie zaprojektowanych) i ciastek od Pierre'a Herme. Wzrusza się przy startach wahadłowców.

Więcej o: