Российские ученые на основе магнитных нанодисков и ДНК-аптамеров разработали наноскальпель, который способен избирательно разрушать опухолевые клетки злокачественных новообразований в переменном магнитном поле. На экспериментальных моделях асцитной карциномы Эрлиха было показано, что такой умный наноскальпель адресно воздействует только на клетки-мишени опухоли, а в сочетании с аппаратно-программным комплексом генерации низкочастотных магнитных полей он может стать основой разработки инновационных медицинских изделий малоинвазивной и дистанционно управляемой магнитомеханической терапии онкологических заболеваний. О работе рассказала пресс-служба Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН.
Одним из трудноизлечимых онкологических заболеваний является злокачественный асцит — жидкая опухоль. Патологическая жидкость с раковыми клетками скапливается в брюшной или грудной полости и создает благоприятную для опухоли среду. Это влияет на развитие заболевания и значительно снижает эффективность используемого лечения. Существующие сейчас методы терапии такого онкологического заболевания малоэффективны и высокотоксичны. Поэтому необходимо разработать новые подходы к лечению асцитных опухолей.
Коллектив ученых из Красноярска, Томска и Владивостока при ведущем участии исследователей ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Красноярского государственного медицинского университета разработал магнитный наноскальпель для адресной и малоинвазивной микрохирургии трудноизлечимых асцитных опухолей. Наноскальпель состоит из двух компонентов: распознающих опухоль молекул и магнитных нанодисков, которые механически разрушают опухолевую клетку в переменном магнитном поле. В качестве распознающих молекул специалисты использовали ДНК-аптамеры, аффинные и специфичные к опухолевым клеткам асцитной опухоли. Аптамеры –—функциональные аналоги белковых антител, представляющие собой синтетические одноцепочечные олигонуклеотиды ДНК или РНК, способные специфически связываться с любыми молекулярными и клеточными мишенями. Благодаря им создается точечно-нацеленная терапия. Аптамеры могут выдерживать широкий диапазон температур, из-за чего имеют длительный срок хранения. Еще одно преимущество этих молекул — в простоте их химической модификации. Так, ранее красноярские ученые создали короткий аптамер, способный более избирательно обнаруживать клетки рака.
Эффективность разработанного наноскальпеля исследователи проверили in vitro на клетках асцитной карциномы Эрлиха и in vivo на мышах. Исследования показали, что магнитомеханическая хирургия с помощью содержащего ДНК-аптамеры наноскальпеля, дистанционно управляемого низкочастотным магнитным полем, существенно снизила количество раковых клеток в асцитной опухоли мышей даже после однократного воздействия.
«Магнитомеханическая хирургия — один из перспективных методов радикальной резекции опухоли на уровне одной клетки. Мы разработали новый наноразмерный хирургический инструмент — "умный наноскальпель" на основе магнитных нанодисков. Он способен избирательно разрушать одиночные опухолевые клетки. Магнитные диски являются весьма перспективными конструкциями для магнитомеханического разрушения опухолевых клеток. Эксперименты с асцитной карциномой показали принципиальную возможность нанодисков нацеливаться на отдельные опухолевые клетки и уничтожать их. Таким образом, магнитомеханическая хирургия с дистанционно управляемым переменным магнитным полем «наноскальпелем» может стать перспективной технологией для терапии асцитной опухоли и злокачественных новообразований. Современные технологии позволяют получать такие диски для терапии опухолей в промышленных масштабах. В дальнейшем планируется усовершенствовать этот метод для их применения при интраоперационном удалении отдельных опухолевых клеток и предотвращения рецидива опухоли», — рассказала Анна Кичкайло, доктор биологических наук заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководитель лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России.
Исследование проводится в рамках НОЦ «Енисейская Сибирь» и поддержано Красноярским краевым фондом науки. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Functional Biomaterials.