Российские ученые разработали специальную эмульсию для снабжения кислородом раковых опухолей, перешедших на бескислородный метаболизм. Такие опухоли не поддаются фотодинамической терапии, когда под действием света и специальных фотосенсибилизаторов молекулы кислорода активизируются и разрушают злокачественные клетки. Ученым удалось создать эмульсию, в которой молекулы кислорода и фотосенсибилизатор заключены в капли перфторуглерода — специального соединения, способного растворять кислород в десять раз эффективнее, чем вода. Эмульсия позволяет насытить раковые ткани кислородом для их последующего разрушения. Такой способ подачи кислорода к опухоли повысит эффективность терапии, в этом убеждены авторы научных работ.
Ученые из Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН и Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН создали специальную эмульсию для разрушения резистентных онкологических опухолей с помощью фотодинамической терапии. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ). Исследование поддержано Российским научным фондом. Результаты опубликованы в Международном журнале молекулярных наук.
Фотодинамическая терапия позволяет вызвать действие противоракового препарата внутри раковой клетки с помощью лазерного луча определенной длины. Сначала в опухоль вводят специальный фотосенсибилизирующий препарат. Под воздействием света это вещество переводит кислород в активную форму, которая разрушает клетки.
Однако метод имеет серьезные ограничения – дело в том, что на более поздних стадиях в опухолевых тканях часто возникают зоны гипоксии, в которых практически отсутствует кислород. Чтобы приспособиться к гипоксии, злокачественные клетки начинают активно мутировать, переводя свой метаболизм на бескислородный режим существования. Это делает их устойчивыми к фотодинамической терапии, а также к некоторым другим видам традиционной терапии (оксигенозависимая химиотерапия и лучевая терапия). Кроме того, наличие очага гипоксии в опухоли заставляет раковые клетки выделять в организм сигнальные молекулы, которые инициируют более активное снабжение перерожденной ткани питательными веществами. Это приводит к еще большему росту и повышению злокачественности опухоли.
Авторы работы создали специальную эмульсию, позволяющую доставлять молекулы кислорода к очагам гипоксии и адресно активировать их с помощью фотодинамической терапии. В состав эмульсии входят перфторуглероды – эти соединения способны растворять в десять раз больше кислорода, чем вода. Для перехода молекулярного кислорода в активную форму в опухолевых тканях в эмульсию добавляли специально синтезированные фотосенсибилизаторы – фторированные производные хлора. Такой фотосенсибилизатор хорошо поглощает свет в красной области спектра, в которой ткани организма оптически прозрачны — это позволит воздействовать даже на достаточно глубокие опухоли, отмечают авторы работы.
Ученые химически модифицировали полученную молекулу фотосенсибилизатора, чтобы соединение могло вступать в непосредственный контакт с кислородом внутри фторированной фазы эмульсии, повышая эффективность метода. В то же время без воздействия света такие эмульсии не вызывают гибели опухолевых клеток.
Ученые протестировали полученную эмульсию на культуре клеток карциномы толстой кишки человека, выращенной в бескислородных условиях. Показано, что количества кислорода, удерживаемого эмульсией при гипоксии, достаточно для летального повреждения опухолевых клеток. Облучение клеток, накапливающих эмульсию, красным лазером быстро запускало генерацию активных форм кислорода, которые разрушали митохондрии и клеточные мембраны. Это привело к гибели раковых клеток. Сейчас авторы исследования готовятся испытать эмульсию на лабораторных животных.
«Мы нашли условия, при которых эмульсия доставляет кислород в гипоксические клетки и позволяет «активировать» его фотодинамической терапией. Это также важно для развития других подходов — химиотерапии и лучевой терапии — в сложных случаях, когда при лечении нужен кислород, а его нет в тканях», — пояснил руководитель проекта РТ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатория физиологически активных фторорганических соединений Отделения элементоорганических соединений ИНЭОС РАН и Лаборатория процессов фотосенсибилизации Института биохимической физики РАН Алина Маркова.
Авторы работ экспериментально установили, что полученная эмульсия сохраняет свои свойства при температуре от 4°С до -20°С, то есть для хранения препарата в медицинских учреждениях потенциально не потребуется специального оборудования.
«Наш подход не только значительно повысит эффективность фотодинамической терапии в онкологии, но и расширит ее применимость к случаям гипоксических злокачественных новообразований, которые являются агрессивными и часто не поддаются традиционным терапевтическим методам», — добавила Алина Маркова.
В работе также приняли участие ученые Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, Российского национального медицинского исследовательского университета им. Н. И. Пирогова, Национального центра медицинских исследований в области онкологии им. Н. Н. Блохина, МИРЭА – Российского технологического университета и Московской инженерно-физической институт.
