Пузырьки, активированные ультразвуком, могут помочь сделать противораковые препараты более эффективными и менее угрожающими

Несмотря на чрезвычайные достижения в области новых препаратов и биотехнологии, рак все еще является одной из ведущих причин смерти во всем мире.

Наночастицы: маленькие, но смертельные… для рака

Во многих случаях проблема не с препаратами, а скорее в трудности их успешной доставки к месту опухоли. В здоровых тканях существует регулярная структура кровеносных сосудов, доставляющих кислород и питательные вещества к клеткам, которые делятся и растут с постоянной скоростью. Однако, в раковых опухолях клетки делятся нерегулярным образом, продуцируя хаотическую сосудистую структуру и области тканей с незначительным кровоснабжением или вообще без него.

Это значит, что когда препараты приняты внутрь или введены в кровоток, они не достигают всех частей опухоли, и существует высокий риск рецидива рака после лечения. Помимо этого, давление внутри многих опухолей предотвращает абсорбцию препарата из кровотока, то есть на самом деле доставляется только очень небольшая часть его количества. Остальная часть препарата циркулирует по организму и, в конечном счете, поглощается здоровыми тканями, что часто приводит к непереносимым побочным эффектам.

Одной из основных целей исследования, проведенного в Оксфордском Институте биомедицинской инженерии, являлась разработка новых методов доставки противораковых препаратов, которые преодолели бы эти ограничения.

Создание наночастиц

Существует внушительный ряд сложных задач, которые надо решить в этой проблеме. Во-первых, необходимо инкапсулировать препарат для того, чтобы предупредить его взаимодействие со здоровой тканью и/или деактивацию до достижения им опухоли. Во-вторых, нужен способ доставки препарата в опухоль, чтобы максимизировать полученную ею концентрацию.

Наночастицы принимают бой с раком

В-третьих, необходим механизм освобождение препарата «по запросу», как только он попал внутрь опухоли. В-четвертых, нужно обеспечить равномерное освобождение препарата по всей опухоли. И наконец, необходимо иметь возможность контролировать лечение за пределами организма.

Команда ученых в Оксфордском Институте биомедицинской инженерии разработала ряд новых технологий для создания крошечных частиц, в которые можно встроить препарат с высокой степенью точности. Исследователи испробовали разные методы, чтобы достичь освобождения препарата этими частицами.

Эти методы включали использование материалов, чувствительных к изменениям рН внутри опухоли, и материалов, которые при нагревании распадаются или претерпевают фазовые превращения (из твердого состояния в жидкое или в газ).

Но одним из самых универсальных методов запуска освобождения препарата являлось воздействие лучом ультразвуковых вибраций на частицы. Широко используемый в визуализации метод, ультразвук может воздействовать снаружи организма и, в отличие от тепла и света, может быть точно сфокусирован для создания высоко локализованных эффектов.

Для того чтобы создать частицы, отвечающие на ультразвук, ученые включили в их состав газ или жидкость, которые легко испаряются. При воздействии ультразвука, газ/жидкость быстро расширяется и с силой выталкивает препарат из частиц.

Пузырьки, активированные ультразвуком

Этот процесс создает пульсирующие газ или пузырьки пара, которые имеют несколько других существенных преимуществ для доставки препарата.

Вызванное ультразвуком движение пузырьков помогает направлять препарат из кровеносных сосудов вглубь окружающей опухоли. Ученые показали, что пузырьки могут выталкивать препарат в четыре раза глубже в ткани, чем он мог бы диффундировать обычным путем, позволяя достичь равномерного распределения по всей опухоли.

Существуют также исследования, которые показывают, что микропузырьки и ультразвук делают раковые клетки более проницаемыми для препаратов, что ускоряет их эффект и, в конечном счете, гибель этих клеток. Движение микропузырьков создает вторичный ультразвуковой сигнал, который может быть обнаружен снаружи тела.

Это значит, что локализацию и активность частиц можно непрерывно контролировать, обеспечивая обратную связь в режиме реального времени с ходом лечения.

Цель ученых на ближайшие пять лет состоит в переносе этих разработок в клиническое применение. Их работа будет сфокусирована на улучшении доставки четырех классов препаратов, которые имеют огромный потенциал, но в настоящее время не могут попасть внутрь опухоли и/или имеют неприемлемые побочные эффекты.

Объединив опыт в инкапсуляции препаратов с использованием ультразвука и ударных волн, ученые надеются создать более эффективные препараты, которые можно будет доставить прямо в место расположения опухоли, и которые можно будет контролировать при помощи передовых методов визуализации.

Источник:

medicalxpress.com