Суд притяжных: идеальные наночастицы изнутри уничтожат раковые клетки
Российские ученые разработали технологию получения наночастиц магнетита очень высокой частоты. Это вещество вводят в раковую опухоль и, воздействуя на него магнитным полем, нагревают до температуры более 40 ℃, что вызывает гибель больных клеток. Чем чище материал, тем меньшей мощности магнитного излучения достаточно для достижения нужного результата. Это значит, что новый метод позволит минимизировать побочные эффекты у больных. Также за счет высокого качества наночастиц можно снизить их количество, необходимое для проведения терапии. По словам специалистов, использование технологии действительно открывает новые возможности для медиков. Однако данный вид терапии оказывает только локальное действие, поэтому его нельзя использовать для лечения многих видов злокачественных новообразований.
На разогреве
Специалисты НИТУ МИСИС вместе с коллегами из НИЯУ МИФИ и ИЗМИ РАН разработали технологию получения особо чистых наночастиц магнитита (двойной оксид железа) — материала, который используется для уничтожения раковых клеток методом магнитной гипертермии. При таком виде терапии в опухоль вводят частицы этого вещества и воздействуют на него переменным магнитным полем. Благодаря этому оно нагревается до 40–44 ℃ и убивает больную клетку. Чем меньше в наночастицах примесей, тем меньшей мощности магнитного поля достаточно для достижения нужного результата. Более щадящее воздействие избавляет организм пациента от побочных эффектов и ускоряет его выздоровление. Статья с результатами работы ученых опубликована в журнале Ceramics International.
Доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС Василий Баутин
— Сейчас наночастицы магнитита получают с помощью осаждения из газовой фазы или химическими методами. При этом в них неизбежно образуются примеси, поэтому, чтобы получить эффект нагрева, необходимо воздействовать на них магнитным полем большей частоты и большей мощности. Из-за этого человек испытывает очень сильный дискомфорт. Особенно уязвим организм, ослабленный болезнью, — сказал доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС Василий Баутин.
По словам ученых, получить эталонно чистый магнетит можно с помощью окисления чистого железа. Но проблема в том, чтобы измельчить его до наноразмеров. Это необходимо, чтобы вещество попадало внутрь больной клетки и разогревалось под действием магнитного поля. Ученые предложили использовать с этой целью кавитационную деструкцию. Это метод, когда вещество раскалывают мельчайшие пузырьки жидкости, которые образуются в результате воздействия на нее ультразвуком. В МИСИС уже изготовили установку для проведения этой операции. Благодаря высокой чистоте наночастиц оксида железа можно не только снизить мощность магнитного поля, но и уменьшить их количество, необходимое для проведения терапии.
— За счет снижения концентрации магнетита лечение становится значительно дешевле. Частицы сами по себе очень дорогие. 1 г стоит до сотни тысяч долларов. Суспензия с 5 мг стоит от 60 тыс. до 150 тыс. рублей. Для терапии опухоли объемом 1 куб. см потребуется 10–15 таких суспензий. Это 1 млн рублей, — сказал Василий Баутин.
Подходящее место
Суть магнитной гипертермии в том, что биосовместимые и разрушающиеся со временем в биологической среде магнитные наночастицы, покрытые специальными биоактивными слоями, внедряются в опухолевую область, пояснил «Известиям» главный научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах УрФУ Андрей Зубарев. По его словам, это делается непосредственно или путем их введения в кровоток. Как правило, используют шприц. Благодаря биоактивным слоям, частицы захватываются опухолевыми клетками, после чего к этому месту подводится переменное магнитное поле, создаваемое электромагнитами, находящимися вне тела пациента.
— Поле разогревает частицы и, следовательно, захватившие их клетки. Если температура опухолевой клетки превышает некоторую критическую, как правило, оцениваемую в 41–42 ℃, белок в этой клетке денатурирует и она гибнет. В то же время здоровые клетки оказываются более резистивны к температуре и сохраняются неповрежденными примерно до 52–54 ℃, — сказал специалист.
Особенно эффективным метод становится в сочетании с радиационной и химической терапией — даже если при «тепловой атаке» гибнут не все опухолевые клетки, выжившие оказываются существенно ослабленными, и последующее применение традиционных методов может происходить в более щадящем для пациента режиме. Существуют примеры успешного использования магнитной гипертермии для лечения рака печени, простаты, молочной железы, мягких и костных тканей людей. По сравнению с химио- и радиотерапией магнитная гипертермия более микроинвазивна, адресна и локальна, так как воздействию подвергаются только клетки, захватившие магнитные наночастицы.
— Чтобы лечение было эффективным и безопасным, нужно обеспечить попадание температуры опухоли в коридор значений 42–52 ℃. При этом существуют физиологически обусловленные ограничения на допустимые диапазоны частоты и напряженности греющего магнитного поля. Важны также размер, физические свойства и концентрация наночастиц, а также методы их синтеза, — подчеркнул Андрей Зубарев.
Предполагаемый метод интересен технологией создания наночастиц магнетита с высокими параметрами чистоты и однородности свойств. Однако сама магнитная гипертермия имеет очень ограниченное применение в клинической онкологии, рассказал «Известиям» доцент кафедры онкологии СамГМУ Минздрава России, к.м.н. Александр Морятов.
— Ее применяют для лечения некоторых видов опухолей или локальных метастазов в печени, почках, простате и поджелудочной железе. При этом очень сложно контролировать распределение частиц в самой опухоли. Метод не рассчитан для радикального лечения большинства злокачественных новообразований. Современные методы лучевой терапии на линейных ускорителях с эффективными системами расчета-распределения доз дают более надежные и прогнозируемые результаты, — сказал Александр Морятов.
Злокачественные новообразования — системное заболевание, и основная причина гибели пациентов — прогрессия с развитием множественных метастазов. Локальные методики данную проблему решить не могут. Однако разрушение опухоли данным методом может уменьшить объем опухоли, улучшить результативность системной химиотерапии и качество жизни больного, подытожил специалист.
Неоспоримое преимущество полученных магнитных наночастиц заключается в их химически чистой поверхности, что позволяет в биологических объектах не только добиваться наименьшей токсичности, но и достигать повышенной удельной мощности. А она, в свою очередь, влияет на терапевтический эффект, отметил доцент Высшей школы биомедицинских систем и технологий ИБСиБ СПбПУ Александр Тимин.
