Что такое наночастица, каковы примеры? Нанотехнология в диагностике рака

В нашей первой статье о нанотехнологии мы дали определение и описали применения, познакомив с ней в онкологии. Нанотехнология — новая наука о частицах размером 1 – 100 нанометров (наночастицах), широко применяемая в медицине, биомедицине, физике, химии, электронике и производстве энергии.

В медицине нанотехнологию и наночастицы (NT) используют для чувствительных анализов как своеобразные биомаркеры, молекулярной визуализации при магнитном резонансе, УЗИ, компьютерной томографии, разработки лекарств, таргетного лечения и вакцин. NT могут связываться с биологическими молекулами с адресными метками, движущимися к мишени, чтобы направляться в определённые участки организма и даже клеточные органеллы. Их можно программировать для отслеживания движения белков или RNA в живых клетках. Адресные метки — моноклональные антитела, малые молекулы или пептиды. Эти таргетные агенты в идеале связаны с NT ковалентными связями (химическими связями между двумя атомами с совместным использованием одного или нескольких электронов). Особыми способами NT помещают в эритроциты, скрывая от иммунной системы.

Наночастичные платформы

NT можно получать из множества неорганических и органических веществ. Неорганическое означает неорганическое. В биологии это неживые или не произведённые организмом соединения в составе живого, например вода, минералы, кислоты, основания и соли. Их берут готовыми из природы, производство неорганических веществ невозможно. У слова «органический» сегодня разные значения; основное — часть живого или образованное им.

Наиболее известны неорганические NT оксида железа. Благодаря особым свойствам неорганические NT часто используют для диагностики.

Органические NT часто формулируют из липидов, полимерных мицелл (систем доставки препаратов, повышающих растворимость малорастворимых веществ), нуклеиновых кислот и пептидов, то есть биосовместимых веществ. Благодаря биосовместимости органические NT применяют преимущественно в лечении. Полимерная мицелла обычно состоит из гидрофильной поверхности и гидрофобного ядра. Такая форма химиопрепарата с Paklitaksel, применяемым с начала 1970-х, в 2005 году получила разрешение для рака; препарат nab-Paklitaksel внёс положительный вклад в лечение рака груди, лёгкого и поджелудочной железы.

NT можно покрывать длинноцепочечными полимерами, набухающими или сжимающимися в ответ на воздействия среды — стимул-ответными, или умными, полимерами. В них загружают противораковый препарат, а к поверхности присоединяют специфичные для раковых клеток лиганды (атом, ион или молекулу, связывающуюся с центральным металлом) , направляя к нужной ткани. Когда частицы достигают её, внешнее магнитное поле повышает температуру, высвобождая заключённое лекарство, чтобы лечить рак без повреждения здоровой ткани. Наночастицы вводятся в вену и по крови достигают опухоли. Супермагнитные частицы под действием электромагнитного поля оставляют переносимое лекарство в больном участке. Эти волны, подобно радиоволнам, проходят через тело без вреда и нагревают только наночастицы. Частицы также делают раковые клетки лучше видимыми на магнитно-резонансных (MR) аппаратах.

Нанотехнология в визуализации и диагностике

Нанотехнология значительно улучшила медицинскую визуализацию и диагностику. NT оксида железа могут выявлять подозрительные метастазы в лимфоузлах (метастаз — переход раковых клеток за пределы исходной ткани в другие участки напрямую либо по кровеносным и лимфатическим сосудам) . Исследование пациентов с раком простаты показало, что по сравнению с классической магнитно-резонансной визуализацией (MRG) MRG с NT оксида железа намного лучше выявляет метастазы в лимфоузлах.

Использование избирательного накопления NT именно в метастатических лимфоузлах (лимфотропных NT) открыло путь к более успешному лечению рака головы и шеи, молочной железы и анального рака, где широко применяют радиотерапию. Выявление узлов с риском метастазов критично для планирования облучения. До сих пор их в основном определяли с помощью компьютерной томографии (BT) . В работах при раке простаты сравнили BT и MR с NT для выявления рискованных узлов. Биопсии подтвердили более точное обнаружение метастатических узлов методом NT-MRG; вопреки прежним представлениям, узлы располагались возле сосудов, а не костей.

Нанотехнология также начала улучшать классический рентген (X-ray) . Углеродные нанотрубки использовали как источники электронов для X-ray. Это дало более высокое разрешение, меньшую радиацию и меньший размер оборудования. 

По теме:

- Первый наночастичный препарат от рака nab-paklitaksel, радиосенсибилизаторы и нанотерапевтические средства