Источник: Ndfeb.ru

Многофункциональные наночастицы под воздействием магнитного поля могут проникать в раковые клетки, проделывая дыры в их мембранах.

Известно, что одной из основных проблем онкологии является создание эффективных маркеров, способных распознать раковые клетки среди здоровых с тем, чтобы впоследствии разрушать их, не причиняя вреда остальным. В настоящее время именно в этом качестве предлагается использовать сложные магнитные наночастицы, которые теперь могут рассматриваться как один из наноразмерных приборов для биомедицины.

Разрушительная для раковых клеток работа выполняется под действием магнитного поля. Ядро наночастиц состоит из оксидов железа. Исследователями было обнаружено, что под влиянием магнитного поля частицы, находящиеся внутри раковых клеток, способны разрывать мембраны клеток, проделывая в них дыры.

Структура наночастицы, использующейся для лечения рака, наблюдаемая в электронный микроскоп высокого разрешения.

Частицы “наноклиники” состоят из нескольких элементов. Кроме магнитного ядра, которое позволяет проводить неинвазивные манипуляции, частицы содержат также красители, поглощающие инфракрасный и излучающие желтый свет, покрытие из кремния, и обособленные пептидные группы, имитирующие гормоны. Краситель позволяет “видеть” частицы с помощью лазерного микроскопа, а наличие гормонов обеспечивает селективность процесса распознавания раковых и здоровых клеток.

Ядро из оксидов железа изготавливается в первую очередь и имеет средний диаметр около 18 нм. Молекулы красителя — в нем происходит процесс испускания одного желтого фотона при поглощении двух ИК-фотонов — абсорбируются на поверхности ядра. Кремниевое покрытие, добавляемое с использованием специальной технологии, увеличивает диаметр частицы еще на 7 нм. Окончательные размеры частиц составляют около 32 нм.

Исследователи проверяли действие многофункциональных наночастиц на двух линиях раковых клеток: клетках эпителиальной карциномы, клетках почечного рака зеленой африканской мартышки. Они воздействовали на раковые клетки с внедренными в них наночастицами магнитным полем в 7 Тесла, достижимым в диагностических системах, основанных на явлении магнитного резонанса. В результате было обнаружено разрушение раковых клеток на 30-85 %. То же самое поле в отсутствие наночастиц не вызывало никакого эффекта. Исследователи пока не знают, как в точности магнитные частицы совершают свою разрушительную работу. Однако, они наблюдали, что раковые клетки, подвергшиеся описанному лечению, имеют разрывы в мембранах, в то время как здоровые клетки - нет.

По-видимому, выравнивание наночастиц в магнитном поле приводит к истиранию и повреждению мембран.

Недавно в печати появилось сообщение о завершении важной исследовательской работы, посвященной новому методу диагностики рака. Новая техника, которая применяет магнитные частицы, обнаруживает метастазы в лимфатических узлах даже в том случае, когда они не могут быть определены другими использующимися для этих целей методами. К достоинству предлагаемой процедуры относится то, что она не требует операции.

Для врачей, также как и для пациентов, определение расположения метастаз зачастую становится весьма обременительной процедурой. Часто единственным способом увидеть, где именно лимфатические узлы поражены раковыми клетками, является операционное вмешательство. В некоторых случаях, таких как рак желудка, такая операция может длиться несколько часов, и даже после нее хирурги не вполне уверены в том, что места расположения всех метастаз найдены правильно.

Дополнительные волнения при операционной диагностике метастатического поражения здоровой ткани вызывает тот факт, что кажущиеся чистые (здоровые) лимфатические узлы на самом деле могут быть поражены метастатическими клетками, т. е. визуальное определение локализации опухоли весьма неточно.

Крошечные магнитные частицы, являющиеся главным звеном описываемой техники, удивительно просты по составу. Если вы возьмете магнит со своего холодильника, размельчите его до состояния порошка и покроете каждую частицу сахарной оболочкой, - это и будет необходимый магнитный порошок. Тем не менее, эти простые наноагенты работают весьма эффективно. Их целями становятся не клетки опухоли, а клетки здоровой ткани, в частности, микрофаги, - класс иммунных клеток, которые перемещаются через здоровые лимфатические узлы. Будучи захвачены микрофагами, магнитные частицы изменяют магнитные свойства клетки, вызывая, в частности, уменьшение сигнала, и “затуманивание” лимфатического узла при наблюдении с помощью техники магнитно-резонансной томографии. В местах расположения метастаз опухолевые клетки заполняют лимфатические каналы, существенно уменьшая поток микрофагов, и, тем самым, число частиц, замазывающих картинку.

Перед исследованиями пациентам ставилась внутривенная капельница, содержащая магнитные частицы в соляном растворе. Процедура МРТ, в ходе которой обследовались лимфатические узлы, проводилась спустя 24-36 часов. 75 % метастатически пораженных узлов, определенных в ходе описываемой процедуры, не могли быть определены никакими другими методами в силу малой площади поражения.

Магнитные наночастицы, захваченные клетками рака простаты. Ядра клеток - синие, липидные мембраны – красные, наночастицы – светлые точки

Целевая лекарственная терапия в последнее время получает все большее распространение благодаря магнитным курьерам - магнитным частицам, прикрепленным к биомолекулам, частицам лекарства, или диагностического агента. Магнитные курьеры обеспечивают два уникальных преимущества для биологических систем. Используемые в качестве меток других молекул, они могут быть детектированы с помощью высокочувствительной магниторезистивной системы-сенсора, работающего, например, на эффекте гигантского магнитосопротивления. С другой стороны, молекулами, прикрепленными к магнитным курьерам, легко можно манипулировать с помощью внешнего магнитного поля. Это касается как процесса доведения, скажем, лекарства, до определенного органа человека, так и удержания его в этом органе.

В последние десятилетия были созданы противоопухолевые препараты, способные в ряде случаев сохранить жизнь пациентам, ранее считавшимся неизлечимыми. Подавляющее большинство этих лекарств относится к группе так называемых цитотоксических агентов, то есть веществ, убивающих активно делящиеся клетки. Эти соединения, подавляя развитие злокачественного новообразования, губительно действуют и на здоровые клетки и ткани.

В первую очередь страдают активно делящиеся стволовые клетки костного мозга - их гибель приводит к нарушению естественных процессов обновления клеток . Поэтому даже процедура трансплантации клеток костного мозга оказывается бесполезной.

Спасительной для пациента стала бы очистка костного мозга, взятого у пациента, от вредоносных клеток.

В настоящее время наиболее перспективным методом решения этой задачи оказалось разделение клеток с помощью специфичной иммуносорбции на магнитоуправляемые сорбенты. Другими словами, сепарация клеток костного мозга осуществляется в магнитном поле. Что же из себя представляют магнитоуправляемые сорбенты?

Это не что иное, как соединенные вместе ферромагнитные частицы (металлические шарики диаметром не более 5 мкм, покрытые полистиролом) и антитела - искусственные образования, которые притягивают либо здоровые, либо пораженные клетки. В первом случае это положительная, во втором - отрицательная иммуносорбция. А в результате каждая из клеток, относящаяся к той или иной группе, окажется как бы в ловушке (любая из них притягивает по три-четыре антитела). И если обработанный таким образом костный мозг поместить в магнитное поле, произойдет разделение (сепарация) составляющих его клеток на "плохие" и "хорошие". Последние отделяют от первых и помещают в отдельные емкости, предварительно освобождая от магнитоуправляемых сорбентов, где и хранят до момента трансплантации.