Ученые Университета Орегона разработали инновационный наноматериал, способный уничтожать раковые клетки, провоцируя окислительный стресс в опухолях, оставаясь при этом безвредным для здоровых тканей. Исследование, опубликованное в Передовые функциональные материалыпредставляет собой значительный прогресс в области гемодинамической терапии – нового подхода к лечению рака, основанного на специфической биохимической среде в опухолевых клетках.
Что делает раковые клетки уязвимыми для гемодинамической терапии?
Злокачественные опухоли отличаются характерной внутриклеточной средой, существенно отличающейся от среды здоровых тканей. Раковые клетки имеют более кислую среду и содержат повышенную концентрацию перекиси водорода. Эти особенности позволяют избирательно воздействовать на опухоли, не повреждая здоровые ткани.
При традиционной гемодинамической терапии микроокружение опухоли провоцирует химические реакции, приводящие к образованию гидроксильных радикалов. Эти молекулы кислорода и водорода имеют свободный электрон, что делает их чрезвычайно реакционноспособными и относятся к группе активных форм кислорода. Они повреждают клетки посредством окисления, отрывая электроны от важных молекул, таких как липиды, белки и ДНК.
Новые методы гемодинамической терапии позволяют образовывать еще одну активную форму кислорода – синглетный кислород. Он более нестабилен, чем обычный кислород воздуха, из-за своей особой электронной структуры. Проблема с терапевтическими агентами, используемыми до сих пор, заключается в том, что они эффективно создают либо гидроксильные радикалы, либо синглетный кислород, но не могут производить и то, и другое одновременно. Более того, каталитическая активность этих агентов зачастую слаба и не обеспечивает достаточного образования реакционноспособных форм. Таким образом, наблюдалось только частичное уменьшение опухоли без постоянного излечения.
Как работает новый наноагент?
Новый наноматериал представляет собой металлоорганический каркас на основе железа, который одновременно производит гидроксильные радикалы и синглетный кислород с чрезвычайно высокой каталитической эффективностью. Металлоорганические каркасы представляют собой кристаллические соединения ионов металлов, связанных с органическими молекулами. Они имеют пористую структуру с уникальными химическими характеристиками.
Этот двойной механизм действия обеспечивает значительно более эффективное уничтожение раковых клеток, чем традиционные подходы. Экспериментальные исследования продемонстрировали сильную токсичность против нескольких типов раковых клеток с небольшим повреждением доброкачественных клеток.
При системном введении мышам с имплантированными клетками рака молочной железы человека наноагент эффективно накапливался в опухолях, генерировал огромное количество активных форм кислорода и достигал полной элиминации рака без побочных эффектов. Наблюдался полный регресс опухолей и длительная профилактика рецидивов без какого-либо токсического воздействия на организм.
Каковы перспективы клинического применения нового подхода?
Гемодинамическая терапия имеет ряд преимуществ перед стандартными методами лечения рака. Он избирательно воздействует на опухолевые клетки и сводит к минимуму повреждение здоровых тканей, что является серьезной проблемой химио- и лучевой терапии. Внутриклеточная среда рака служит триггером для активации терапии, естественным образом направляя ее на опухоли.
Перед клиническими испытаниями на людях исследовательская группа планирует оценить терапевтическую эффективность метода при других типах рака, включая агрессивную карциному поджелудочной железы. Наноматериалы на основе железа представляют особый интерес в онкологии из-за их низкой стоимости и биосовместимости. Железо – естественный элемент в организме человека, снижающий риск иммунных реакций. Металлоорганические структуры содержат многочисленные поры и каналы – один грамм этого материала может иметь общую площадь поверхности в несколько тысяч квадратных метров. Эта особенность позволяет им транспортировать терапевтические вещества и контролируемым образом высвобождать их в среду опухоли. Сочетание доступности, безопасности и высоких каталитических свойств делает этот класс наноматериалов перспективным для будущего клинического применения в борьбе с различными видами злокачественных новообразований.
Ссылки:
1. Ван С., Шарма К.С., Гу Ю.Т. и др. Структурно сконструированный железометаллоорганический каркас в качестве наноагента хемодинамической терапии для одновременной генерации гидроксильных радикалов и синглетного кислорода. Adv Function Mater. 2026:e29194. doi: 10.1002/adfm.202529194.
2. Тан З, Лю Ю, Хе М, Бу В. Хемодинамическая терапия: реакции Фентона, опосредованные микроокружением опухоли, и фентон-подобные реакции. Angew Chem Int Ed Engl. 2019;58(4):946-956. дои: 10.1002/anie.201805664.
3. Фу Л.Х., Ци С., Лин Дж., Хуан П. Каталитическая химия глюкозооксидазы в диагностике и лечении рака. Chem Soc Rev. 2018;47(17):6454-6472. дои: 10.1039/c7cs00891k.
4. Лин Л.С., Сонг Дж., Сонг Л. и др. Одновременная доставка фентоноподобных ионов и истощение запасов глутатиона с помощью наноагента на основе MnO2 для усиления хемодинамической терапии. Angew Chem Int Ed Engl. 2018;57(18):4902-4906. дои: 10.1002/anie.201712027.
5. Чжан С., Бу В., Ни Д. и др. Синтез железных нанометаллических стекол и их применение в терапии рака с помощью локализованной реакции Фентона. Angew Chem Int Ed Engl. 2016;55(6):2101-2106. дои: 10.1002/anie.201510031.