Одна доза самодвижущихся наноботов уменьшила опухоль у мышей на 90%
Ученые Института биоинженерии Каталонии обнаружили, что наночастицы с радиоактивным йодом, которые перемещаются внутри организма при реакции с мочевиной, обладают способностью отличать раковые опухоли мочевого пузыря от здоровых тканей. Эти наноботы проникают во внеклеточный матрикс опухоли и накапливаются внутри него, позволяя радионуклидной терапии достичь точной цели. У мышей, получивших лишь однократную дозу этого препарата, опухоль мочевого пузыря уменьшалась на 90% по сравнению с животными, не получавшими лечения.
Неинвазивный рак мочевого пузыря лечится путем резекции опухоли с последующим введением в мочевой пузырь химиотерапевтических или иммунотерапевтических препаратов. Доставка лекарств является особенно сложной задачей из-за низкой проницаемости уротелия (ткани, выстилающей внутреннюю часть мочевыводящих путей) и последующего вымывания лекарств. Этот процесс неудобен для пациентов, поскольку им приходится время от времени поворачивать тело, лежа на животе, чтобы лекарства могли достичь всех сторон стенки мочевого пузыря. После лечения риск рецидива в течение пяти лет составляет от 30 до 70%. Чтобы улучшить клинические результаты, ученые разрабатывают более эффективные методы лечения рака мочевого пузыря. Однократная терапия позволила бы значительно снизить стоимость лечения, которое сейчас требует 6-14 госпитализаций.
Команда создала наноботов из наночастиц мезопористого кремнезема с различными функциональными компонентами на поверхности. К ним относятся радиоизотопы для ПЭТ-визуализации или радионуклидной терапии, а также белок уреаза, который реагирует с мочевиной в моче и обеспечивает движение нанобота. Когда команда добавила каплю наноботов в раствор с высокой концентрацией мочевины, наноботы начали активно перемещаться, создавая динамичные протяженные структуры и трехмерные вихри. Без мочевины они просто оседали возле места добавления.
Чтобы проверить, могут ли наноботы достичь опухоли в живых организмах, команда провела эксперименты на мышах с опухолями. Изображения, полученные при помощи позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), показали, что сигналы от меченых радиоактивным изотопом наноботов совпадали с местоположением опухоли, которое было определено с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). При этом радиоактивность преимущественно наблюдалась в целевой области опухоли. Наноботы, которые были введены вместе с мочевиной, демонстрировали наибольшее скопление в опухоли, в то время как наноботы, доставленные в воде, и контрольные наночастицы без уреазы почти не проникали в опухоль.
Ученые заметили, что мобильность наноботов позволяет им проникать в опухоль. В отличие от здоровой ткани, опухолевая ткань обычно более жесткая, и наноботы не обладают специфическими антителами для ее распознавания. Однако в случае рака мочевого пузыря это отличие не так существенно. Наноботы способны разрушать внеклеточный матрикс опухоли и локально повышать pH за счет самодвижущихся химических реакций. Это позволяет им проникать глубже в опухоль.
Чтобы оценить терапевтический эффект метода, команда пометила наноботов йодом-131 (радиоизотоп для радионуклидной терапии) и ввела их мышам с опухолями. Лечение 131 I-наноботами с низкой дозой в мочевине останавливало рост опухоли. Высокие дозы 131 I-наноботов, введенные в мочевине, приводили к уменьшению объема опухоли почти на 90% по сравнению с животными, которые не получали лечение.
Ученые намерены масштабировать наноботов и перейти к первым клиническим испытаниям в ближайшие 3-4 года с помощью дочерней компании IBEC Nanobots Therapeutics.