Новый, революционный подход к лечению рака с помощью уникального метода рентгеновской фотодинамической терапии удалось найти ученым Южного Федерального университета. Синтезированы и исследованы материалы, которые помогут врачам эффективно уничтожать глубокие опухоли без скальпеля и химиотерапии. Как маленькие частицы лекарственного вещества способны уничтожать злокачественные клетки и почему важен их размер — в материале «Известий».
Глубина знаний
Громкое открытие коснулось усовершенствования и развития фотодинамической терапии (ФДТ) рака. Этот метод в наши дни успешно применяется при лечении онкологических заболеваний кожи. Методика сводится к тому, что ткань с раковыми клетками обрабатывается веществом, в состав которого входят специальные материалы — фотосенсибилизаторы. На эти препараты специалисты воздействуют лучами с длиной волны 600–800 нанометров, и они, в свою очередь, оказывают воздействие на опухолевые клетки, уничтожая их. Но такой метод не годится для ликвидации так называемых глубоких опухолей, расположенных внутри организма.
Со временем ученые пришли к выводу, что вместо лучей видимого света, которые не способны проникать глубоко в ткани, можно использовать рентгеновские. Они как раз могут действовать на глубине.
— Рентгеновская ФДТ сейчас находится на стадии исследования во всем мире. Лечение раковых клеток происходит за счет образования под действием излучения на некоторые материалы (фотосенсибилизаторы) активных форм кислорода, — рассказывает заведующая Международной исследовательской лабораторией функциональных наноматериалов МИИ ИМ ЮФУ Елизавета Муханова.
По словам эксперта, пока идет тестирование нового метода, но уже ясно, что он кардинально отличается от прежних способов удаления внутренних опухолей.
— Сейчас традиционная схема — это химиотерапия и операции, иногда полостные, с удалением поврежденных тканей. Химиотерапия длится несколько месяцев и имеет много побочных эффектов. При таком воздействии страдают все клетки, не только раковые. Это как из пушки бить по воробьям. Бьют сразу по всему — попадут и в опухоль, но пострадает заодно всё остальное. Потом потребуется лечение от последствий химиотерапии, восстановление организма. А новый, прогрессивный метод позволяет осуществить локальное лечение прицельно и точно, — разъясняет Елизавета Муханова.
Лезвие луча
Ученые сравнивают действие рентгеновской фотодинамической терапии с выстрелом снайпера. Вещества активируются в нужной точке, лечебный материал уничтожает только раковые клетки. Все остальные органы не испытывают никакого отрицательного влияния. Эксперт обращает внимание, что при новом методе используется исключительно слабое рентгеновское излучение, от которого не будет вреда. Оно даже слабее того, которое применяется при рентгеновском обследовании. Облучение ведется узконаправленно, с помощью специального прибора.
— Его иногда еще называют кибернож — это узкий пучок рентгеновского или гамма- излучения. Луч попадает точечно именно на то место, где находится опухоль, не затрагивая другие ткани, и воздействует на наночастицы разрабатываемого материала — рентгеновского люминофора. Происходит так называемое вторичное излучение, эффективность которого зависит от структуры и размера излучающих частиц, — продолжает Елизавета Муханова.
Не каждый материал можно активировать с помощью рентгеновского излучения. Ученые Южного федерального университета под руководством научного руководителя направления ЮФУ, профессора Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Александра Солдатова синтезировали и исследовали вещества, которые могут быть источниками вторичного излучения в оптическом диапазоне, который подходит для возбуждения широкого спектра используемых фотосенсибилизаторов.
Небольшой калибр
Чудесные преобразования, в результате которых материал становится особенно эффективным для лечения опухолей, ведутся в лаборатории университета. По словам ученых, синтезированные здесь сложные вольфраматы кальция с редкоземельными элементами со структурой шеелита могут излучать в широком диапазоне видимого света после облучения рентгеновским излучением за счет присутствия в составе как редкоземельного катиона, так и вольфрамат-аниона. В своей работе специалисты университета также изучили, как способ получения материала влияет на размеры его частиц.
— Синтезировать частицы (нанолюминофоры) можно десятком методов. Например, просто путем нагревания или с помощью микроволнового излучения. Мы использовали все способы, сравнили результаты, исследовали размеры материала с помощью современной микроскопии и решили, что лучше всего использовать ультразвук. С помощью этого метода получаются частицы с практически одинаковым размером. Это очень важно. Лечебный эффект оказывают только частицы определенного размера, одной длины, — продолжает Елизавета Муханова.
По словам эксперта, если, к примеру, нужных для лечения частиц с размером 80 нанометров наберется лишь половина от общего количества, то только эти 50% и будут задействованы в лечении, а другие нет. Это осложнило бы процесс производства, увеличив затраты.
— Разные по размеру частицы пришлось бы фильтровать через сита и мембраны, чтобы оставить нужные. Ультразвуковой метод способствует практически стопроцентному использованию материала, без дальнейших фильтрований и отсеиваний. Дальше мы включаем рентгеновский нанолюминофор в цепочку терапевтического воздействия на раковую опухоль. На эти частицы идет воздействие рентгеновского излучения, под влиянием которого они, в свою очередь, будут возбуждать фотосенсибилизатор, который и приводит к появлению активных форм кислорода, уничтожающих раковую опухоль, — разъясняет эксперт.
Вперед, в будущее
Проект ученых представляет собой революционный прорыв в медицину будущего. По мнению специалистов, он позволяет не только получить материалы для эффективной разработки препаратов, но и стать источником данных, которые можно использовать в дальнейшем для направленного программируемого синтеза функциональных материалов.
«Глобальный вектор развития здравоохранения — переход к персонализированной медицине, при которой в идеале лекарство готовится под каждого конкретного пациента. Исследование актуально еще и потому, что нам удалось предложить целый ряд методик для варьирования параметров наночастиц для рентгеновской фотодинамической терапии в онкологических применениях. Это крайне актуально», — отмечает профессор Александр Солдатов.
По его словам, данная работа является важным шагом в решении задач, поставленных в совместных проектах исследователей Южного федерального университета и Национального медицинского исследовательского центра онкологии (Ростов-на-Дону). Они направлены на внедрение новых высокотехнологичных методик, базирующихся полностью на отечественных разработках, в том числе с привлечением нанотехнологий, исследовательской инфраструктуры мегакласса и технологий искусственного интеллекта.
Когда же изобретение будет взято на вооружение медиками? Пока оно проходит доклинические и клинические исследования, без которых не обойтись ни одному открытию в медицинской сфере. По словам Елизаветы Мухановой, два года потребуется на то, чтобы изучить все побочные эффекты. Это правило запрограммировано Минздравом. Необходимы также испытания с участием добровольцев, и только потом метод будет внедрен в систему.