Группа канадских ученых разработала магниточувствительных нанороботов, способных с высокой точностью доставлять препараты к гипоксическим зонам раковых опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Гипоксические зоны опухолей — участки тканей, содержание кислорода в которых снижено в связи с интенсивной пролиферацией раковых клеток. Такие зоны устойчивы к большинству традиционных методов лечения онкологических заболеваний, в том числе к лучевой терапии. При этом существующие методы являются высоко токсичными и на фоне неспецифичности — опасными для здоровых клеток.
В новой работе исследователи использовали самоходных нанороботов, сконструированных из более чем 100 миллионов жгутиковых бактерий. Агенты несли в себе препарат, рассчитанный на максимально быстрое достижение поврежденных тканей. Для успешного преодоления физиологических барьеров в телах нанороботов были синтезированы цепочки магнитных наночастиц и датчики кислорода.
Наночастицы позволили агентам двигаться вдоль магнитного поля, тогда как датчики концентрации кислорода ориентировали их в целевом районе: с их помощью бактерии выявляли наиболее активные участки раковой опухоли. Кроме того, агенты подвергались воздействию магнитного поля, которое управлялось посредством компьютера. Тесты на мышах показали эффективность подхода при колотеральном раке.
По словам профессора Сильвейна Мартела, агенты могут стать прототипом медицинских нанороботов будущего. В частности, они способны нивелировать отрицательные последствия химиотерапии за счет высоко точной доставки препаратов, повышая результативность лечения. Находка открывает новые возможности для создания транспорта диагностического и терапевтического назначения, отметил ученый.
16.08.2016 Источник: naked-science.ru
Дополнение из другого источника:
Сотрудники Монреальской политехнической школы, Университетов Макгилла и Монреаля решили использовать для этих целей штамм МС-1 бактерии Magnetococcus marinus. Ее клетки содержат органеллы, чувствительные к магнитному полю, — магнетосомы, которые представляют собой кристаллы магнитного оксида железа, заключенные в липидную мембрану. Кроме того, эти микроорганизмы чувствительны к концентрации кислорода в окружающей среде и способны к активному передвижению. В естественных условиях они передвигаются вдоль линий магнитного поля Земли, пока не находят зону с пониженным содержанием кислорода. При нахождении подобной зоны они мигрируют туда, где концентрация кислорода минимальна, — такие условия существования для них предпочтительны.
Ученые ввели МС-1 иммунодефицитным мышам с карциномой толстой кишки из имплантированных человеческих клеток. После этого животных поместили в магнитное поле, сосредоточенное на опухоли, и убедились, что бактерии прицельно накапливаются в ее гипоксических участках (в отличие от полимерных микросфер, использованных для контроля).
Накопление MC-1-LP в гипоксических участках опухоли
Ouajdi Felfoul et al, Nature Nanotechnology, 2016
На втором этапе эксперимента исследователи нагрузили МС-1 ковалентно связанными липосомами с противоопухолевым препаратом SN-38. После введения этих бактерий (МС-1-LP) мышам в область опухоли липосомы распределились по всему ее объему, преимущественно в участках гипоксии и некроза. Уровень их прицельного накопления в новообразовании превысил 50 процентов.
При этом введение более 100 миллионов бактерий не вызывало выброса цитокинов (свидетельства воспалительной реакции) и не вредило клеткам крови животных. Таким образом, разработанная методика способна прицельно доставлять лекарства в труднодоступные участки опухолей эффективнее искусственных наносистем, значительно снижая токсические эффекты препаратов на остальные органы и ткани. При этом ее экспериментальное применение у животных не имело выраженных побочных эффектов.
Как отмечают исследователи, в перспективе эффективность МС-1 можно дополнительно повысить путем генетической модификации бактерий и совершенствования алгоритмов их магнитного наведения.
Как уже упоминалось, для прицельной доставки лекарств в экспериментах используют липосомы, мицеллы, полимерные микросферы и другие наноконструкции. Все они обладают недостатками, ограничивающими их применение. Различные научные коллективы мира постоянно занимаются их совершенствованием. Так, например, ученые из Беркли научили наномицеллы проникать в головной мозг, исследователи из Барселоны предложили транспортировать лекарства на микроскопических магнитных «коврах», а американская группа ученых замаскировала полимерные наночастицы от иммунной системы, покрыв их мембраной тромбоцитов. Также предпринимались попытки применения биологических объектов, как и в описываемой канадской работе: международный научный коллектив использовал для этих целей модифицированные диатомовые водоросли.
Источник: nplus1.ru
