Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.
Найдена эффективная комбинация веществ против раковых клеток молочной железы
Ученые Университета МИСИС и РНИМУ им. Н. И. Пирогова создали комбинацию магнитных наночастиц оксида железа (III) (МНЧ) с редокс-чувствительными веществами (от англ. redox — REDuction-OXidation, т.е. чувствительными к клеточным окислительно-восстановительным процессам), которая может стать перспективной основой для нового многофункционального наноматериала для лечения онкологических заболеваний.
Воздействие может быть особенно эффективным при лечении раковых клеток,
чувствительных к ферроптозу, например 4T1 клеточной линии рака молочной железы.
Этот эффект впервые в мире описан в международном научном журнале Pharmaceutics
(Q1).
Ферроптоз – это специфический вид запрограммированной гибели клеток в ответ
на окислительный стресс, вызванный воздействием ионов железа (III). Этот процесс
перспективен для противоопухолевой терапии, поскольку может запускаться
избирательно в раковых клетках-мишенях, благодаря тому, что наноматериалы на
основе оксида железа могут существенно влиять на окислительно-восстановительную
среду клетки.
«Магнитные наночастицы и редокс-чувствительные материалы уже применяются в
лечении раковых опухолей по отдельности, однако их синергический эффект еще не
был описан, – говорит соавтор исследования Александр Савченко, к.ф.-м.н.,
заведующий кафедрой физического материаловедения НИТУ МИСИС. – Мы нанесли на
поверхность магнитных наночастиц редокс-чувствительный слой из дисульфидных
соединений и полиэтиленгликоля. Затем ввели в клетки, где наночастицы теряют
свою оболочку, что приводит к относительно быстрому растворению магнитного ядра
и повышению цитотоксичности наночастиц. Двойной эффект Fe (III) и дисульфидов
может синергически усиливать окислительный стресс раковых клеток и вызывать их
гибель по пути ферроптоза».
Стимул-чувствительные системы доставки с быстрым и эффективным высвобождением
лекарственных средств в опухолевых клетках представляют наибольший интерес в
биомедицине. Эти системы демонстрируют более высокую химическую стабильность в
кровотоке, а также быструю реакцию на изменения внутриклеточных условий, тем
самым индуцируя высвобождение лечебного средства в цитозоле и ядре клетки, где и
проявляют свое терапевтическое действие. Они обычно реагируют на специфические
внутренние раздражители, такие как ферменты, уровень рН и
окислительно-восстановительный потенциал. Высокий восстановительный потенциал в
клетках объясняется главным образом широко распространенным в них глутатионом.
Известно, например, что внутриклеточная концентрация глутатиона составляет
приблизительно 2-10 мкМ, особенно в определенных органеллах, таких как лизосомы,
митохондрии и клеточное ядро, в то время как его уровень во внеклеточной среде
(кровь и внеклеточный матрикс) в тысячу раз ниже (приблизительно 2-20 мкм).
Кроме того, концентрация глутатиона в опухолевых тканях может быть более чем в 4
раза выше, чем в нормальных тканях, и достигать концентраций порядка 100 мм.
«Это существенное различие в свойствах между внеклеточной и внутриклеточной
средами, а также между опухолями и нормальными тканями дает уникальное
преимущество материалам, чувствительным к окислительно-восстановительным
потенциалам, поскольку они будут стабильны во внеклеточной среде, но быстро и
эффективно высвободят лекарственное средство внутри клетки, что является
предпосылкой для создания широкого класса разнообразных средств доставки с
высокой селективностью и эффективностью в противоопухолевой терапии», - сказал
соавтор исследования, инженер НОЦ «Биомедицинской инженерии» НИТУ МИСИС Артём
Илясов.
Чувствительность к окислительно-восстановительному потенциалу – это ключевой
фактор, влияющий на скорость внедрения и растворения МНЧ с высвобождением ионов
железа внутри раковых клеток.
«Мы экспериментально доказали, что снижение жизнеспособности клеток 4T1 было
вызвано синергическим эффектом дисульфидных связей полимерной оболочки
редокс-чувствительных наночастиц и высокой окислительной способности оксида
железа магнитного ядра. Они оба вызывают истощение запасов глутатиона в раковых
клетках, что приводит к их гибели, предположительно по пути ферроптоза», -
отметил автор исследования Тимур Низамов, младший научный сотрудник лаборатории
«Многофункциональные магнитные наноматериалы» НИТУ МИСИС.
По словам Тимура Низамова, магнитные наночастицы могли бы существенно
расширить область применения редокс-чувствительных наноматериалов в
МРТ-диагностике, магнитной гипертермии и других областях биомедицины, благодаря
их способности дистанционно управляться с помощью внешнего магнитного поля.
Представленное исследование было профинансировано РФФИ (проект № 20-03-00967)
и грантом НИТУ МИСИС, выигранным по программе Минобрнауки России
«Приоритет-2030».