Российские учёные разработали специальную эмульсию для доставки кислорода в раковые опухоли, перешедшие на бескислородный метаболизм. Такие опухоли не поддаются фотодинамической терапии, когда воздействием света и специальных фотосенсибилизаторов молекулы кислорода переходят в активную форму и уничтожают злокачественные клетки. Учёным удалось создать эмульсию, в которой молекулы кислорода и фотосенсибилизатора заключены в капли перфторуглерода — особого соединения, способного растворять кислород в десятки раз эффективнее воды. Эмульсия позволяет насытить раковые ткани кислородом для их дальнейшего разрушения. Такой метод доставки кислорода в опухоль позволит повысить эффективность терапии, уверены авторы научной работы.
Учёные из Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН и Института биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН создали специальную эмульсию для разрушения устойчивых онкологических опухолей методом фотодинамической терапии. Об этом RT сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). Исследование проводилось при поддержке РНФ. Результаты опубликованы в издании International Journal of Molecular Sciences.
Фотодинамическая терапия позволяет запустить действие противоопухолевого препарата внутри раковой клетки с помощью луча лазера определённой длины. Сначала в опухоль вводят специальный фотосенсибилизирующий препарат. Под воздействием света это вещество заставляет кислород переходить в активную форму, которая разрушает клетки.
Однако метод имеет серьёзные ограничения — дело в том, что на поздних стадиях в опухолевых тканях часто появляются гипоксические зоны, в которых практически нет кислорода. Чтобы приспособиться к гипоксии, злокачественные клетки начинают активно мутировать, настраивая свой метаболизм на бескислородный режим существования. Это делает их устойчивыми к фотодинамической терапии, а также к некоторым другим видам традиционных видов терапии (кислородозависимой химио- и лучевой терапии). Кроме того, наличие очага гипоксии в опухоли заставляет раковые клетки выделять в организм сигнальные молекулы, которые инициируют более активное снабжение переродившейся ткани питательными веществами. Это приводит к ещё большему росту и усилению злокачественности опухоли.
Авторы работы создали специальную эмульсию, которая позволяет доставить молекулы кислорода в очаги гипоксии и прицельно активировать их методом фотодинамической терапии. В состав эмульсии входят перфторуглероды — эти соединения способны растворять в десятки раз больше кислорода, чем вода. Чтобы молекулярный кислород перешёл в опухолевых тканях в активную форму, в эмульсию добавили специально синтезированные фотосенсибилизаторы — фторсодержащие производные хлорина. Такой фотосенсибилизатор хорошо поглощает свет в красной области спектра, в которой ткани организма оптически прозрачны — это позволит воздействовать даже на довольно глубокие опухоли, отмечают авторы работы.
Учёные химически модифицировали полученную молекулу фотосенсибилизатора, чтобы соединение могло непосредственно контактировать с кислородом внутри фторной фазы эмульсии — это повышает эффективность метода. При этом без воздействия света такие эмульсии не вызывают гибели опухолевых клеток.
Учёные испытали полученную эмульсию на клеточной культуре карциномы толстой кишки человека, выращенной в бескислородных условиях. Количество кислорода, который эмульсия удерживает в гипоксии, оказалось достаточно для летального повреждения опухолевых клеток. Облучение накопивших эмульсию клеток красным лазером быстро запускало генерацию активных форм кислорода, которые разрушали митохондрии и клеточные мембраны. Это привело к гибели раковых клеток. Теперь авторы исследования готовятся испытать эмульсию на лабораторных животных.
«Мы нашли условия, при которых эмульсия приносит кислород в гипоксические клетки и позволяет его «активировать» методом фотодинамической терапии. Это важно и для развития других подходов — химиотерапии и лучевой терапии — в сложных случаях, когда кислород нужен при лечении, а его в тканях нет», — пояснила RT руководитель проекта, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологически активных фторорганических соединений отдела элементоорганических соединений ИНЭОС РАН и лаборатории процессов фотосенсибилизации ИБХФ РАН Алина Маркова.
Авторы работы экспериментально установили, что полученная эмульсия сохраняет свои свойства при температурах в диапазоне от 4°C до -20°C — то есть потенциально для хранения препарата в медицинских учреждениях не потребуется специальное оборудование.
«Наш подход позволит как значительно улучшить эффективность фотодинамической терапии в онкологии, так и расширить его применимость на случаи гипоксических злокачественных опухолей, которые агрессивны и часто не поддаются общепринятым методам терапии», — добавила Алина Маркова.
В работе также приняли участие учёные из Института биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН, Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова, Национального медицинского исследовательского центра онкологии имени Н.Н. Блохина, МИРЭА — Российского технологического университета и Московского инженерно-физического института.
