Нано. Наномедицина в лечении рака
 Скачать 18.35 Kb.
|
|
Наномедицина в лечении рака Нанотехнология начала интенсивно развиваться, начиная с середины прошлого века, и в настоящее время используется как таковая и как ее продукты – наноматериалы и наночастицы различной химической природы. Нанотехнологии, наноматериалы, наночастицы используются практически во всех областях науки, техники и в обыденной каждодневной жизни. Современная медицина тоже активно использует наночастицы, нанотехнологии и наноматериалы во многих своих областях (нанотерапия, нанодинамическая фармация, телемедицина). Очень часто нанотехнологии используются совместно с информационными и когнитивными технологиями, что обеспечивает существенный эффект синергии и, как следствие, усиление эффективности лечения. Эти достижения не обошли стороной и технологии химиотерапии, появился термин и целое направление – наноонкология. Были сформулированы принципы и цели использования наноонкологии, которые легли в систематические исследования во всём мире по разработке эффективных, нетоксичных, многофункциональных онкологических препаратов. Требования к онкопрепаратам: – многофункциональность (лечение, диагностика); – повышенная лечебная активность; – высокая избирательность (селективность) по отношению к патологическим клеткам, тканям, опухолям; – измененная фармакокинетика; – управляемый синтез: – отсутствие или пониженная иммуногенность; – контролируемая скорость и полнота высвобождения самого лечебного агента; – стабильность в условиях. Таким образом, поставив целью достижения этих свойств, подошли к созданию адресных наноонкопрепаратов. Первым делом начали поиск наноматериалов и наносистем, которые можно было бы нагружать молекулами, способными убивать раковые клетки. При этом наночастицы выполняли бы роль нанотранспортеров, благодаря своим малым размерам способным преодолевать биологические барьеры. А в качестве непосредственно онкологического агента могут быть использованы традиционные химиоонкологические препараты, которые крепятся к нанотранспортеру химическими связями или просто заполняют структурные ниши нанотранспортера. В качестве нанотранспортера используют наночастицы различной природы (низкомолекулярные, полимерные, органические, неорганические, гибридные и др.). Конкретно в качестве нанотранспортеров успешно используют липосомы, дендримеры, фуллерены, наночастицы благородных и тяжелых металлов. Однако такой препарат, включающий в себя нанотранспортер и сам онкологический агент, не будет обладать адресными (таргетными) свойствами. Тут требуются особые хитрости в дизайне наноонкопрепарата. Основные виды нанотранспортеров, используемых в качестве платформы таргетных препаратов Липосомы – коллоидные наноструктуры в форме шара, которые образуются самосборкой. Липосомы состоят из липидного (или билипидного) слоя и центрального водного ядра. Активный терапевтический агент загружают в водное ядро липосомы. Липосомная наноформа таргетного (пассивного) более активна в химиотерапии, чем просто «голый» цитостатик, и обеспечивает снижение негативных побочных явлений. Онкопрепарат в практической химиотерапии рака использует следующие липосомные формы: циторабин, аннамицин, доксорубицин, daunorubicin+cytarabine. Полимеры как нанотранспортеры очень удобны для конструирования таргетных препаратов, поскольку они легко нагружаются активными онколекарствами, биосовместимы, биодеградируемы, обеспечивают стабильность готового онкологического лекарства, легко высвобождают последние в зоне раковой опухоли. Используют как синтетические, так и природные полимеры, которые легко химически модифицируются для придания полезных свойств. В качестве синтетических полимеров используют полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, поликапролактон, а в качестве биополимеров полиглутаминовую кислоту, белки и полисахариды. Часто для придания растворимости готовой форме онкологического препарата его поверхность покрывают гидрофильным полимером ПЭГ. Полимерной форме онкологического препарата можно путем химической модификации придавать многофункциональность, например, вводить не один, а несколько лиганд-векторов для связи с раковыми клетками разной природы. Или присоединение молекул синглетного характера (магнитные, электрические, спектральные свойства). Тогда препарат будет не только лечить, но и диагностировать расположение опухоли. Дендримеры – хорошо известные в химии сложные молекулы с разветвлённой древовидной структурой, состоящей из ядра, ветвей и функциональных групп на концах ветвей. В полости дендримеров можно включать гидрофильные и гидрофобные активные цитостатики, поскольку дендримеры содержат и гидрофобное ядро, и гидрофильные поверхности (рис. 5). Дендримеры, как и наночастицы, хороши тем, что их размером от 1 до 10 нм можно управлять при синтезе за счет добавления и удлинения ветвей. Молекулы дендримеров можно легко химически модифицировать, придавая им полезную функциональность. В дендримеры можно водить наночастицы благородных металлов, обладающих цитостатическими свойствами. Известные онкологические комплексы на основе платформы дендримеров, наполненных активным онкологическим лекарствами – доксирубицин и цисплатин. Мицеллы как нанотранспортеры – это коллоидная система самоорганизующихся частиц дифильного характера. Обычно так себя ведут поверхностно-активные вещества, образуя при определенных концентрациях (критическая концентрация ККМ) структуры различной формы, состоящие из гидрофобной и гидрофильной частей. Размер мицелл на полимерной основе составляет 10-6-10-7 м, что значительно меньше, чем мицеллы ПАВов. В качестве полимеров как нанотранспортеров используют сложные полиэфиры, простые полиэфиры и полиаминокислоты, образующие гидрофобную часть мицеллы. В качестве гидрофильной части используют остатки пропиленоксида, в полимолочной кислоты, поликапролактона, полиаспарагиновой кислоты. Комбинация таких нанотранспортеров с традиционными цитостатиками (5-фторурацил, гемцитабин, паклитакселом) дает лучший лечебный эффект при лечении различных видов рака, чем цитостатики в чистом виде. Снижаются их побочные эффекты, влияющие на качество жизни. Использование вирусов в качестве нанотранспортеров. Вирусы (лат. Virus – яд) – это природные наночастицы, паразиты неклеточного строения, развивающиеся внутри клеток и состоящие из молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК (но никогда вместе). Вирусы – самые многочисленные биологические объекты. Размножаются только в клетке хозяина, паразитируют в организме клетки. Вирусы имеют множество видов, имеют разные размеры и форму (Ø=20-300 нм). В качестве нанотранспортеров используют вирус мозаики и бактериофаги, пожирающие бактерии. Преимуществом вирусов в качестве платформы для онкологического комплекса являются его наноразмеры и способность легко проникать в клетки, в том числе онкологические. Углеродные наноструктуры в качестве нанотранспортеров. В качестве углеродных наноструктур используют углеродные нанотрубки одностенные и многостенные. Их поверхность, как правило, модифицируют для придания полезных свойств, а затем соединяют с цитостатиками. На рис. 6 показана структура углеродных трубок. Неорганические наночастицы. Наночастицы благородных и тяжелых металлов. Наночастицы благородных и тяжелых металлов широко используются в медицине в терапии и диагностике рака. В последние 15 лет получило широкое развитие экологичного «зеленого» биосинтеза наночастиц благородных и тяжелых металлов и их окислов. Наночастицы металлов обладают способностью проникать в раковые опухоли разной природы, прикрепляться к поверхности клетки опухоли, дырявить её, проникать внутрь клетки и поражать там весь аппарат репликации и роста клеток (ДНК, РНК, ферменты, рибосомы). Сочетание в онкологическом комплексе наночастиц металлов с цитостатиками дает хорошие результаты в лечении рака разного вида. В качестве наночастиц металлов используют золото, серебро, железо, медь, никель, кобальт, платину, окислы металлов. Наночастицы фосфатов кальция Ca3(PO4)3 содержатся в костях и зубах человека, поэтому биосовместимы и биоразлагаемы, являются хорошими нанотранспортерами для доставки нуклеиновых кислот, с которыми образует комплекс с участием ионов кальция Са+2 и фосфатной группы нуклеиновых кислот, имеющих отрицательный заряд. Наночастицы фосфата также используется для доставки цитостатиков «церамид», «цисплатин», «метатрексат» и «доцетаксел». Последнее поколение наномедицины в онкологии Последние 10-15 лет наномедицина сфокусировалась на создании таргетных препаратов и таргетной химиотерапии. Основой этих онкологических комплексов являются нанотранспортеры вышеперечисленных видов, нагруженных цитостатиками и функционализированных прикрепленными лигандами-векторами и сигнальными группами. Такие комплексы не взаимодействуют со здоровыми органами, тканями и клетками, «невидимками» доходят до онкологических опухолей и только в ней высвобождают цитостатик-токсин для онкологических клеток. Одновременно наличие сигнальных групп в комплексе позволяет детектировать локальное расположения опухоли. Такие таргетные лечебные и диагностические комплексы называют тераностиками. |