Nanotechnologia

Europejscy naukowcy ogłosili obiecujące, wstępne rezultaty ulepszonego leczenia nowotworów przy wykorzystaniu nanocząstek, które wyszukują nowotwory. Nowy system podawania leków stanowi obietnicę bezpieczniejszego i bardziej efektywnego leczenia guzów przy użyciu terapii fotodynamicznej (PDT).

Prezentacje projektów – Nanoleki koncentrują się na nowotworze.

Terapia fotodynamiczna zapewnia efektywne leczenie wielu rodzajów nowotworów poprzez kombinację fotouczulaczy, czerwonego światła oraz tlenu znajdującego się w komórkach i tkankach nowotworowych. Fotouczulacz jest substancją chemiczną, która może być pobudzana przy użyciu światla. Po wzbudzeniu reaguje on z tlenem i w takim stanie powoduje zabicie komórki guza, w miejscu gdzie gromadzi się fotouczulacz. Pomiomo, iż leczenie PDT jest efektywne, to może być jeszcze ulepszane. Dawki leków fotouczulających oddziaływują na zdrową tkankę pacjenta, jak też na guzy. Lekarze muszą stosować duże dawki leku, by uzyskać dokładniejszą kontrolę nad guzem, co sprawia, że leczenie staje się kosztowne. Stosowanie dużych dawek prowadzi także do rozszerzenia skutków ubocznych, komplikacji oraz dłuższych pobytów w szpitalu.

Zainicjowano więc finansowany przez UE projekt Nanophoto, z zadaniem opracowania metody dokładniejszego umiejscawiania nanosystemów, by poprawić leczenie fotodynamiczne oraz diagnostykę nowotworów. Zespół badaczy opracował system podawania leków nanocząstkowych, który można porównać do miniaturowej rakiety naprowadzanej na nowotwór, przywierającej do guza, a następnie przekazującej ładunek leku.

„Głównym osiągnięciem powinno być opracowanie biokompatybilnego nanosystemu, zawierającego na swojej powierzchni odpowiednie środki, takie jak ściśle określone ligandy lub przeciwciała, zdolne do rozpoznawania komórek nowotworowych w sposób selektywny,” wyjaśnia Dr Elena Reddi, koordynator projektu Nanophoto.

PDT kontynuowana jest w sposób normalny, zaraz po przyłączeniu się leku do docelowej komórki nowotworowej. Fotostymulacja uaktywnia lek, który atakuje nowotwór. Z uwagi na fakt, że podawanie leku jest bardziej precyzyjne docelowo, można stosować mniejsze jego dawki. Stosowanie mniejszej dawki leku, obniża koszty leczenia, redukuje także skutki uboczne, a pacjenci nie muszą tak długo przebywać w szpitalu.

Jest to obiecująca sytuacja, ale występują także pewne wyzwania, przede wszystkim dotyczące biokomptybilności nanocząstek, oraz ryzyka, iż system immunologiczny krwioobiegu będzie atakował cząstki, zanim osiągną one swój cel.

Tak więc, w ramach projektu Nanophoto opracowano zwięzły plan badań, by scharakteryzować oraz przetestować trzy obiecujące kandydatury na nanocząstki, a mianowicie lipozomy, zmodyfikowaną organicznie krzemionkę (Ormosil) oraz kopolimer kwasu DL – polimlekowego i kwasu glikolowego, w skrócie PLGA.

W zakresie projektu Nanophoto, takie potencjalne systemy podawania przenoszą mTHPC, czyli chlorek meta-tetrahydrofenylu, znany pod handlowymi nazwami Foscan i Temoporfin. Lek ten jest fotouczulaczem, wybranym w projekcie Nanophoto, w celu walidacji koncepcji. Opracowany system będzie zdolny do przystosowania do większego zakresu leków terapeutycznych i diagnostycznych.

Jest to pomysłowa koncepcja, która może otworzyć drogę do docelowego podawania szerokiego zakresu leków w celu leczenia wielu różnych przypadków. Jest to także trudne wyzwanie pod względem technicznym. Jednak do tej pory postępy są bardzo zadowalające. W okresie pierwszej połowy realizacji trzyletniego projektu, zespół Nanophoto odniósł znaczny sukces.

„Rozpoznaliśmy już niektóre nanonośniki, które powodują trzykrotny wzrost nagromadzenia leku w guzie, jeśli porównać to ze standardowym wzorcem wykorzystywanym obecnie w klinicznym leczeniu PDT,” zauważa Dr Reddi.

Niewykrywalne cząstki

Umożliwiło to znaczne podwyższenie efektywności kolejnego leczenia PDT, głównie dlatego, że farmakokinetyczne lub aktywne właściwości mTHPC uległy znacznej poprawie podczas podawania ich przy wykorzystaniu nanonośników. Zasadniczo rzecz biorąc, przy podawaniu w ramach systemu Nanophoto, lek ten przerósł oczekiwania.

Ponadto, dr Reddi wyjaśniła, że uzyskane rezultaty posiadają obiecujący potencjał w zakresie obniżania ostrych skutków ubocznych, takich jak fotoczułość skóry u pacjentów leczonych metodą PDT.

Zasadniczym elementem nanocząstek leku podawanego dożylnie jest stabilność, ponieważ jego wydłużony okres obiegu we krwi jest istotny dla zapewnienia, by guzy otrzymały dostateczną dawkę wymaganego leku. Do tej pory w projekcie Nanophoto pracowano nad tzw. pegylowanymi nanocząstkami, co według wyjaśnienia Dr Reddi, stanowiło dotąd najważniejszy punkt zwrotny całego projektu.

Oznacza to po prostu powlekanie nośników przy pomocy polietylenoglikolu (PEG), nadzwyczaj użytecznego związku chemicznego, którego pierwszorzędną zaletą jest fakt, iż pozostaje niewykrywalny przez system immunologiczny. To umożliwiło zespołowi Nanophoto stworzenie cząstek niewykrywalnych.

„Pegylowane nanonośniki o właściwościach uniemożliwiających ich wykrywanie, możliwe do zastosowania w nowym związku mTHPC, przyniosą znaczną poprawę klinicznego leczenia metodą PDT,” sugeruje Dr Reddi. W rzeczywistości, zespół badaczy zauważył bezpośrednią korelację pomiędzy gęstością łańcuchów PEG na powierzchni nanocząstek a ich sukcesem w unikaniu reakcji immunologicznej.

W trakcie prowadzonych badań powstawały także niespodziewane wyzwania. Wystąpiły, na przykład, pewne przecieki nanocząstek w trakcie ich obecności w serum krwi, zwłaszcza w przypadku stosowania Ormosilu. Aby zapobiec przeciekom, zespół postanowił związać mTHPC z nanocząstką przy użyciu kowalentnej więzi molekularnej. Lek utrzymał swoją zdolność do pobudzenia tlenu w komórkach nowotworowych.

W okresie pierwszych 18 miesięcy, konsorcjum wykazało, że trzy nanocząstki mogą zapewnić podawanie leku, pegylacja poprawia biokompatybilność, a guzy otrzymują trzy razy więcej leku niż przy zastosowaniu standardowej metody. Mówiąc inaczej, lekarze mogą zredukować podawane dawki o dwie trzecie i w dalszym ciągu uzyskiwać takie same korzyści z leczenia metodą PDT.

Nanophoto jest projektem badawczym przenośnym, to znaczy, że badania mają być przekazywane z laboratorium do realnego zastosowania, czyli z szalki Petri’ego do pacjenta. W ramach projektu Nanophoto zebrano naukowców i lekarzy klinicznych z wielu rodzajów dyscyplin, a także partnerów handlowych, z zamierzeniem podjęcia prac obejmujących szeroki zakres testów, począwszy od prób syntetycznych oraz prowadzonych na komórkach, aż do przedklinicznych testów na zwierzętach.

W projekcie uzyskano szereg osiągnięć w stosunkowo krótkim czasie. Konsorcjum obejmujące pięciu partnerów opublikowało dziesiątki artykułów naukowych w czasopismach i na konferencjach, oraz zamierza kontynuować prace do połowy 2011 roku, co pozwoli na uporanie się z pozostałymi wyzwaniami.

„Obecnie mamy do czynienia z olbrzymim wyzwaniem, polegającym na tym, by poprawić zdolność nanosystemów do podawania leku specyficznie do tkanek nowotworowych, poprzez wykorzystanie aktywnych mechanizmów docelowego kierowania. Jest to realizowane poprzez powlekanie nanonośników przy użyciu molekuł, które zdolne są do wyszukiwania komórek nowotworowych, wiązania się z nimi oraz wprowadzania do nich ładunku leku,” stwierdza koordynator projektu.

Projekt Nanophoto otrzymał dofinansowanie z programu badań zdrowia w ramach Siódmego Programu Ramowego (7PR).