Исследователи из США разработали способ доставки противораковых препаратов непосредственно к опухоли. Для этого они создали роботизированные капсулы с начинкой из магния и золота, способные под внешним управлением прицельно и долгосрочно воздействовать лекарством на раковые клетки.
Одной из насущных задач в онкологии является поиск способов целенаправленной доставки лекарственных препаратов к месту локализации опухоли, что увеличило бы эффективность лечения и уменьшило его негативные последствия для организма. Потенциальное решение предложили специалисты Калифорнийского технологического института, которые создали роботизированные микрокапсулы с внешним управлением, способные обеспечить точную и последовательную доставку терапевтических веществ к опухолевой массе. Метод уже прошел успешные испытания на мышах.
Специальные микроскопические устройства – микророботы, или микроботы – все чаще создаются и используются для решения медицинских задач, в том числе в онкологии: некоторые для захвата злокачественных клеток, другие – для доставки лекарств. Последние достижения в области проектирования, изготовления и эксплуатации микроботов существенно расширили их возможности и повысили функциональность.
Микроскопических роботов снабдили емкостью для переноса терапевтических молекул, в роли которой могут выступать наночастицы, микрокапсулы или химические метки; разработали механизм, с помощью которого они могут переносить лекарство через кровоток или живую ткань. Учитывая, что источника питания такие боты ввиду своего размера не имеют, своеобразным топливом для них служат химические реакции. Придумали ученые и как управлять такими крошечными устройствами.
Как работают микроботы
Новые микроботы, разработанные американскими специалистами, представляют собой многослойные сферы. В их основе – мельчайшие частицы магния, покрытые тонким слоем золота и специального полимера, который помогает им выдерживать воздействие агрессивной среды желудочно-кишечного тракта. Сверху они покрыты содержащим противораковое вещество гидрогелем и заключены в восковую капсулу.
Чтобы эти крошечные роботы могли не только переносить лекарство, но и доставлять его по нужному адресу, ученые использовали метод фотоакустической томографии, основанный на преобразовании инфракрасных волн в акустический сигнал. Импульсный свет вызывает небольшое повышение температуры, в результате чего ткани незначительно расширяются и создают акустическую волну – томограф улавливает ее, переводит в ультразвук и выстраивает изображение. Это позволяет отслеживать передвижение ботов по организму в режиме реального времени.
Как только микророботы приближаются к месту локализации опухоли, на них начинают воздействовать импульсами инфракрасного лазера. Сферы нагреваются, вследствие чего их восковая капсула расплавляется. В них есть небольшие отверстия, через которые внутрь бота проникает кишечная жидкость, которая вступает в химическую реакцию с молекулой магния. В результате этой реакции образуются крошечные пузырьки водорода, которые, выполняя функцию своеобразного пропеллера, приводят устройство в движение.
Благодаря этому микроботы, подобно пчелиному рою, начинают перемещаться вокруг опухоли, а нагретое золото постепенно высвобождает лекарственное вещество, обрабатывая им раковую массу. За счет этого и происходит адресная доставка препарата.
Испытания в лаборатории
Миниатюрных борцов с раком их создатели испытали в рамках эксперимента на мышах, которым в кишечник подсадили клетки меланомы для имитации колоректального рака. Выбор пал именно на меланому, потому что ее клетки хорошо поглощают инфракрасное излучение ближнего диапазона, а значит, позволяют лучше отслеживать передвижение и работу микроскопических сфер с помощью фотоакустической визуализации.
Исследователи скормили грызунам несколько роботизированных капсул и принялись наблюдать за их движением по пищеварительному тракту. Когда те достигли нужной локации в кишечнике, на них воздействовали инфракрасными лазерными импульсами, которые привели к раскрытию капсул и высвобождению множества вооруженных лекарственным веществом микроскопических моторчиков.
Эксперимент показал, что предложенная калифорнийскими специалистами технология позволяет доставлять терапевтические молекулы точно в цель – в опухолевые ткани – и обрабатывать их постепенно, достигая наилучшего эффекта. «Адресная доставка противораковых препаратов в пищеварительном тракте является крайне сложной задачей, – поясняют авторы. – Его органы постоянно находятся в работе и движении, что может привести к тому, что лекарство просто не успеет подействовать там, где нужно – проскочит необходимый участок и продвинется дальше».
Поэтому ученые искали способ обеспечить точное и при этом долгосрочное действие препарата. Микророботы оказались идеальными для этой задачи. Они способны окружать опухоль со всех сторон и, прикрепляясь к ней в разных участках, планомерно воздействовать на ее клетки заключенным внутри терапевтическим веществом.
«Целенаправленная доставка, кроме того, значительно снижает риск повреждения окружающих опухоль здоровых тканей, а значит, существенно сокращает негативные побочные действия лечения», – подчеркивают разработчики. По их словам, в будущем микросферы могут стать отличным вариантом при лечении труднодоступных опухолей.
В настоящее время продолжаются их испытания на животных. Когда метод будет доступен для клинического использования, не сообщается. Известно, что этому должны предшествовать испытания с участием людей, которые могут занять несколько лет.
