Нанотехнологии в диагностике и лечении злокачественных опухолей

Нанобиотехнология – активно развивающаяся область нанотехнологии, включает биомедицинское применение систем наноразмеров. Наноматериалы размерами от 1 до 1000 нм предоставляют возможность уникального взаимодействия с биологическими системами на молекулярном уровне, что может иметь большое значение при обнаружении, диагностике и лечении рака. Открывающиеся перспективы привели к образованию новой дисциплины – наноонкологии. Использование наночастиц – это новый метод таргетного воздействия, повышающий эффективность и снижающий токсичность как существующих, так и новых противоопухолевых препаратов. Ожидается, что в ближайшем будущем внедрение нанотехнологий приведет к революционным изменениям не только в онкологии, но и в медицине в целом.

Введение

Нанобиотехнология, в рамках которой разрабатывается биомедицинское применение систем, имеющих наноразмеры, – активно развивающаяся область нанотехнологии. Наноматериалы размером от 1 до 1000 нм предоставляют возможность уникального взаимодействия с биологическими системами на молекулярном уровне. Методы нанобиотехнологии могут быть использованы при обнаружении, диагностике и лечении рака, что привело к образованию новой дисциплины – наноонкологии [1, 2]. Возможность применения наночастиц разрабатывается для визуализации опухоли in vivo, биомолекулярного профилирования биомаркеров опухолевого роста и таргетной доставки препаратов. Эти методики, основанные на нанотехнологии, могут широко применяться в онкологии.

Хорошо известно, что рак молочной железы (РМЖ) может экспрессировать белковые биомаркеры, например рецепторы эстрогенов и прогестерона, на основании наличия которых планируется лечение заболевания. Применение полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов, используемых в качестве квантовых точек различных размеров и с разным спектром излучения с целью визуализации антител, позволяет одновременно классифицировать и точно определять количество этих таргетных белков в одной опухолевой секции [3]. Использование золотосодержащих наночастиц (например, зондов Raman) обеспечивает определение качественной и количественной характеристики нескольких протеинов в одной секции опухоли. Это позволяет планировать специфическую противоопухолевую терапию, основываясь на индивидуальном белковом профиле конкретного пациента [4]. Возможность обнаружения нескольких молекулярных мишеней одновременно в образцах опухоли позволяет определить характер связи между продуктами гена и протеинами в режиме реального времени [5]. Кроме того, эффекты индивидуализированного лечения, основанные на экспрессии таргетных протеинов, могут проверяться до и после лечения, что позволяет быстро оценивать эффективность таргетной терапии.

Нанотехнологические методы (например, применение наноконсолей и нанозондов) активно исследуются с целью применения их для диагностики опухолевого процесса [6], т. к. наночастицы, объединенные с раково-специфическими таргетными лигандами могут использоваться для раннего обнаружения опухолей, что обеспечивает своевременное вмешательство с использованием химиопревентивного агента, а также выявление отдаленных метастазов [7]. Многообещающие результаты получены при использовании сверхмагнитных наночастиц с металлическим ядром, биоконъюгированных с антителами против HER2/ neu при одновременной визуализации опухоли и таргетном терапевтическом воздействии in vivo [8].

Изучается несколько нанотехнологических подходов, направленных на улучшение доставки химиотерапевтических агентов к опухолевым клеткам с целью минимизации токсических эффектов препаратов на здоровые ткани при сохранении противоопухолевой эффективности. Доксорубицин был соединен с липосомальной системой доставки в комплекс, наночастицы которого сохраняли эффективность, но при этом токсическое действие препарата на миокард было снижено [9, 10]. Одна из таких систем доставки (липосомальный доксорубицин с ковалентно присоединенным полиэтиленгликолем – пегилированный липосомальный доксорубицин, ПЛД) одобрена для лечения рефрактерного рака яичников и саркомы Капоши в США. Наночастицы связанного альбумином паклитаксела (NAB) также более эффективны по сравнению с традиционной формой растворенного в касторовом масле паклитаксела при большей безопасности применения [11, 12]. Препарат утвержден в США для лечения метастатического РМЖ.

Конкурентная визуализация и таргетная терапия

Как было сказано выше, наночастицы могут быть соединены с лигандами, обладающими различным аффинитетом, и использоваться как средства контрастирования, что позволяет визуализировать структуры доклеточного уровня in vivo. Наночастицы, объединенные с таргетными антителами, одновременно могут быть использованы для диагностики и противоопухолевого лечения. Предварительные исследования in vitro и in vivo продемонстрировали большой потенциал данного метода [8, 13, 14]. В одной из методик для конъюгации таргетных лигандов с наночастицами (анти-HER2/neu антитела с модифицированной металлической наночастицей для формирования нанооболочки) [15] используют биотин и стрептавидин в качестве средств объединения. Конструкция состоит из сферического диэлектрического ядра наночастицы, сделанного из кремния и окруженного ...

Семиглазов В.Ф., Палтуев Р.М., Семиглазов В.В., Дашян Г.А., Бессонов А.А., Пеньков К.Д., Васильев А.Г.