Наночастица доставит радионуклид прямиком в опухоль

Проект реализуют сотрудники Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) Петра Великого в тесной коллаборации с Национальным исследовательским университетом ИТМО и Российским научным центром радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова. Исследования проводятся при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030», в них участвует большой коллектив физиков, химиков, биологов и врачей. Статья о результатах работы вышла в престижном научном журнале Chemistry of Materials.

Основная сложность в подобных разработках — колоссальная энергия распада радионуклидов, а также традиционно сложное и дорогое производство лекарственных препаратов, созданных на их основе. Именно поэтому терапия подобными радиофармпрепаратами может проводиться в ограниченном количестве лечебных учреждений: организация должна обладать условиями и компетенциями для работы с открытыми источниками ионизирующего излучения. Платформенную технологию петербургских ученых можно адаптировать к существующим производственным мощностям на базе лечебных учреждений.

Платформенная технология подразумевает наличие носителя, который можно использовать для доставки широкого спектра радионуклидов в зависимости от поставленных целей. К примеру, для проведения ранней диагностики нужно доставлять диагностические радионуклиды. А если система используется для лечения онкологических заболеваний, то в носитель инкапсулируются терапевтические радионуклиды и доставляются в опухоль.

«Нашу технологию можно применять не только в радионуклидной терапии, но также в качестве системы доставки других биологически активных веществ и соединений, противоопухолевых, химиотерапевтических препаратов», — рассказал «Стимулу» заведующий лабораторией микрокапсулирования и управляемой доставки биологически активных соединений Института биомедицинских систем и биотехнологий СПбПУ Александр Тимин.

Специалисты СПбПУ работают с различными диагностическими и терапевтическими радионуклидами. Когда, к примеру, речь идет о доставке в опухоль актиния-225, разрабатываемая система доставки существенно превосходит аналоги, как в части количества радионуклида, которое можно запаковать, так и по удерживающей способности самого радионуклида и его дочерних ядер. В итоге это увеличивает время, в течение которого радионуклид находится в очаге опухоли, и количество энергии, генерируемой им в нужном месте.

Ученые выбрали бету

К преимуществам альфа-излучающих радионуклидов относят высокую линейную передачу энергии, микронный и субмикронный радиус действия, что обеспечивает эффективное уничтожение клеток-мишеней. Поэтому, по словам специалистов, с точки зрения непосредственного воздействия альфа-терапия может быть эффективнее в локальной области. Но у альфы есть и существенные недостатки: очень часто радионуклиды, которые испускают альфу-частицу, распадаются в дочерние радионуклиды, которые приобретают энергию отдачи и способны отрываться от носителей и беспрепятственно циркулировать по всему организму, облучая здоровые клетки.

К преимуществам бета-излучающих радионуклидов относится более высокая радиационная устойчивость меченых молекул-носителей (радиофармпрепаратов), поскольку в результате бета-распада дочерние ядра не приобретают энергию, достаточную для разрушения молекулы-носителя.

«У альфа-терапии гораздо больше побочных эффектов, поэтому мы решили использовать бета-терапию, — говорит Александр Тимин. — Основа нашего радиофармпрепарата — наноносители 100‒150 нанометров, наночастицы разного типа, органического и неорганического состава, они биосовместимы, при введении в организм никакой интоксикации и иммунных реакций не возникает. В качестве радионуклида мы используем бета-эмиттер рений-188. У этой бета-частицы довольно большая длина пробега, она воздействует на всю опухоль».

Метастазы не образуются

Первые испытания провели на лабораторных мышах с моделью метастатической меланомы. Одну группу лечили по стандартному протоколу химиотерапии, второй группе в очаг опухоли локально вводили радиофармпрепарат, изготовленный по новой технологии петербургских ученых. Во время эксперимента специалисты зафиксировали значительный терапевтический эффект у мышей, которых лечили радиофармпрепаратом, доставленным с помощью наночастиц. Такие особи также показали лучшие параметры общей выживаемости. У некоторых зафиксировали полное излечение от опухолевого заболевания.

При этом ученые не выявили распространение радионуклидов по телу животного, вся активность ионизирующего излучения сосредотачивалась только в опухолевых очагах. Это подтвердили с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, а также прямого радиометрического анализа. Патологических изменений в органах не выявили и во время гистологического анализа. Полученные данные свидетельствуют не только об эффективности, но и о безопасности предлагаемого метода лечения.

«В нашей технологии есть очень важный аспект, — отмечает ученый. — Меланома — это метастазирующий тип рака, и когда мы анализировали основные органы — печень, селезенку, легкие, — то не обнаружили в них вторичных метастазов. То есть происходит практически полное ингибирование опухолевого роста без образования метастазов, которые типичны при меланоме».

По словам исследователей, при использовании традиционных методов терапии онкологических заболеваний, когда уничтожается основной очаг, очень высока вероятность возникновения метастазов в других областях организма, и с ними уже намного тяжелее бороться. Необходимо, к примеру, облучение всего организма, при этом затрагиваются здоровые ткани, нарушается их функциональность.

Облучение сведено к минимуму

Общими усилиями межвузовского коллектива создана автоматизированная система (модуль синтеза), которая выполняет синтез радиофармпрепарата. Ученые СПбПУ адаптировали свою технологию под автоматизированный процесс, модуль синтеза разработали специалисты РНЦРХТ имени академика Гранова.

Модуль синтеза представляет собой автоматизированную систему, предназначенную для выполнения химических реакций, необходимых для синтеза радиофармпрепарата, без участия оператора. Модуль синтеза располагается внутри защитного оборудования (в горячей камере), обеспечивающего защиту оператора от ионизирующего излучения. Оператор (химик-технолог) осуществляет подготовку прибора к синтезу: загрузку реагентов, установку расходных материалов, после чего синтез радиофармпрепарата осуществляется при помощи модуля синтеза в автоматическом режиме.

«Человек находится за пределами зоны, где синтезируется препарат, и осуществляет управление модулем синтеза простым нажатием кнопок на компьютере, — поясняет Александр Тимин. — На выходе получается контейнер с необходимым веществом, который отдается дальше на контроль качества. Если подтверждается, что препарат обладает нужными свойствами, его отдают для введения пациентам. С помощью нашей технологии мы смогли обезопасить сотрудников медучреждений: они контактируют только с ампулами с дозой на одного пациента, что совершенно не страшно. Это очень актуально для крупных клиник и медицинских НИИ, где производятся эти препараты».

Аналогичные разработки сейчас ведутся во многих мировых научных центрах. Специалисты подбирают эффективное сочетание различных радионуклидов и наночастиц для терапии онкозаболеваний. Отечественная разработка позволит в разы сократить стоимость готового радиофармпрепарата для пациентов.

Новая технология представляет значительный интерес для фармацевтической промышленности нашей страны, считают ученые. Необходим индустриальный партнер, чтобы они могли сконцентрироваться на конкретной научной задаче, адаптировать технологию для производства препарата по конкретным медицинским показаниям и начать регистрационные доклинические исследования.