Новые технологии позволяют существенно увеличить выживаемость больных опухолями головного мозга
Ещё немного о пользе технологий, использованных при изготовлении вакцин от COVID-19.
Лекарства на основе РНК могут изменить стандарты лечения многих заболеваний, сделав персонализированную медицину реальностью. Этот быстро расширяющийся класс терапевтических средств является рентабельным, довольно простым в производстве и может применяться там, где раньше не было лекарств, достигая ранее неразрешимых путей.
До сих пор эти многообещающие лекарства не были очень полезны для проникновения в хорошо защищенный мозг для лечения опухолей или других заболеваний.
Теперь мультиинституциональная группа исследователей, возглавляемая Костасом Арванитисом из Технологического института Джорджии и Университета Эмори, нашла способ: использовать ультразвук и наночастицы, содержащие РНК, чтобы преодолеть защитный гематоэнцефалический барьер и доставить сильнодействующее лекарство для борьбы с опухолью головного мозга.
«Мы можем сделать этот препарат более доступным для мозга и мы наблюдаем значительное увеличение гибели опухолевых клеток, что является огромным успехом», - сказал Арванитис, доцент кафедры биомедицинской инженерии Уоллеса Х. Коултера (BME) и Школы машиностроения Джорджа В. Вудраффа Технологического института Джорджии (МЭ).
Арванитис является автором новой статьи, опубликованной в журнале Science Advances, в которой описывается разработка командой (в число сотрудников которой входят исследователи и врачи из Медицинской школы Эмори и Медицинского колледжа Университета Цинциннати) настраиваемой системы доставки следующего поколения для РНК-терапии опухолей головного мозга.
«Наши результаты были восхитительными, но если вы думаете, что я взволнован, вы не разговаривали с онкологами - они в 10 раз больше взволнованы», - сказал Арванитис.
Корни этого проекта восходят к тому моменту, когда он и ведущий автор статьи, аспирант ME Ютонг Го, прибыли в Технологический институт Джорджии в августе 2016 года.
«С самого начала я был очень заинтересован в применении ультразвука для лечения заболеваний мозга», - сказал Арванитис, который связался с врачом Эмори Тоби Макдональдом, директором программы детской нейроонкологии в Центре рака и болезней крови Афлак, и один из соавторов статьи. «Наш главный вопрос заключался в том, можем ли мы использовать ультразвук для доставки лекарств к опухолям? Потому что это серьезная проблема».
РНК-препараты имеют два основных недостатка: ограниченное время циркуляции и ограниченное поглощение клетками. Чтобы преодолеть эти проблемы, лекарства упаковывают в прочные наноносители, обычно размером 100 нм, чтобы улучшить их биодоступность.
Тем не менее, эти наноносители, как правило, были слишком большими, чтобы проникнуть через гематоэнцефалический барьер (тесно связанные и избирательные эндотелиальные клетки, окружающие кровеносные сосуды в головном мозге, которые до сих пор были закрытой дверью для РНК-препаратов).
Но теперь Арванитис и его коллеги нашли безопасный способ безопасно доставить лекарство.
Используя модели мышей, команда развернула модифицированную версию ультразвука, метод диагностической визуализации, который использует звуковые волны для создания изображений внутренних структур тела, таких как сухожилия, кровеносные сосуды, органы и, в случае беременных женщин, младенцев в утробе матери.
Исследователи объединили эту технологию с микропузырьками (крошечными газовыми карманами в кровотоке, созданными как сосудистые контрастные вещества для визуализации), которые вибрируют в ответ на ультразвуковые волны, изменяя проницаемость кровеносных сосудов.
«Фокусировка нескольких лучей ультразвуковой энергии на злокачественное место вызвала вибрации микропузырьков, которые фактически растягивали, растягивали или сдвигали плотные соединения эндотелиальной ткани, которые составляют гематоэнцефалический барьер, создавая отверстие для проникновения лекарств», - сказал Гуо сказал.
Это метод, который исследователи биомедицинского ультразвука совершенствовали более десяти лет и недавние клинические испытания продемонстрировали его безопасность. Но не было много доказательств избирательной и эффективной доставки наночастиц и их полезной нагрузки непосредственно в клетки опухоли головного мозга. Но даже когда лекарства, переносимые с кровью, успешно проникают через гематоэнцефалический барьер, если они не поглощаются раковыми клетками, работа ещё не завершена.
Арванитис и его команда упаковали мРНК лекарство, которое может блокировать экспрессию генов, которые стимулируют рост опухоли, в липидно-полимерные гибридные наночастицы и объединили это с техникой сфокусированного ультразвука на моделях доклинического рака мозга у детей и взрослых.
Используя анализ изображений отдельных клеток, они продемонстрировали более чем 10-кратное улучшение доставки лекарства, снижение выработки вредного белка и увеличение гибели опухолевых клеток на доклинических моделях медуллобластомы, наиболее распространенной злокачественной опухоли головного мозга у детей.
«Этот процесс полностью подконтролен и может настраиваться», - сказал Арванитис. «Мы можем точно настроить ультразвуковое давление для достижения желаемого уровня вибрации и расширения доставки лекарств. Это неинвазивно, потому что мы применяем звук извне мозга, и он очень локализован, потому что мы можем сфокусировать ультразвук на очень небольшая область мозга".
Современные стандартные методы лечения опухолей головного мозга имеют потенциально ужасные побочные эффекты, сказал Арванитис, «однако эта технология может обеспечить лечение с минимальными побочными эффектами, что очень интересно. Теперь мы продвигаемся вперед, чтобы попытаться определить, какие компоненты отсутствуют, чтобы воплотить это. технологии в клинику ".
ИСТОЧНИК: Yutong Guo et al, Single-cell analysis reveals effective siRNA delivery in brain tumors with microbubble-enhanced ultrasound and cationic nanoparticles, Science Advances (2021)