Нано-убийци

Лечението на раковите заболявания е едно от най-големите предизвикателства, които стоят пред медицината. Съвременните методи за лечение на рака се основават на разликите между нормалните, здрави клетки в човешкия организъм и видоизменените клетки на туморите. Основната разлика, от която се възползват болшинството лечебни методи, прилагани днес, е фактът, че раковите клетки, за разлика от своите здрави събратя, се делят бързо и неконтролируемо. Тази им особеност ги прави много чувствителни към различни химически вещества и радиация.

Високо-енергийните излъчвания и някои медикаменти като цисплатината, нарушават целостта на ДНК, носителят на наследствената информация в клетките. Всеки опит на клетка със силно увредена наследствена информация да започне да се дели завършва с активиране на клетъчната програма за самоубийство, т. нар. апоптоза. Така, стремежът на туморите към постоянно размножаване в комбинация с терапията за разрушаване на тяхната ДНК води до унищожаването им.

За съжаление тези методи за лечение не са идеални - те не винаги дават желания резултат и често пъти са свързани с тежки странични ефекти. Това е причината учени и лекари постоянно да изучават особеностите на туморните образования. Тяхната надежда е, че откривайки нови особености и разлики между туморните и здравите клетки, ще могат да създадат нови подходи за лечение, които са по-ефективни и в същото време по-специфични, т.е. ще унищожават злокачествените образувания, без да засягат здравите тъкани. Проблем в това отношение е голямото разнообразие на раковите клетки, обусловено от тяхния различен произход. Туморните образувания възникват в различни тъкани, произхождат от различни типове клетки и са резултат от различни видове мутации - всичко това определя разнообразните им генетични и молекулярни характеристики и затруднява намирането на унифициран метод за лечение. През последните години учените насочват вниманието си основно в две посоки - изучаването на кръвоснабдяването на злокачествените образования и създаването на носители на лекарства. Какви са причините за това?

Повече храна

Наночастиците са по-големи от атомите и молекулите, но по-малки от "нормалните", "големи" материали, с които сме свикнали да работим. Заради малките си размери, те притежават по-различни свойства от по-големите структури, изградени от същите атоми и молекули, което ги прави интересен обект за изследване и определя възможностите за появата на нови приложения на същите вещества. Всеки един материал взаимодисйтва с окръжаващата го среда чрез своята повърхност или по-точно чрез атомите разположени на тази повърхност. Така железните съдове и повърхности ръждясват, защото атомите по повърхността им реагират с кислорода във въздуха. Характерно за наночастиците е, че повърхностните атоми, които определят способността им да взаимодействат със средата, са повече в порцентно изражение от колкото при големите структури. Така, наночастиците се характеризират с по-малки размери и с по-голяма реактивоспособност от "нормалните" материали, с които сме свикнали. Други особености на тези миниатюрни структури се дължат на по-различното им "взаимодействие" със светлината, дължащо се на по-малкия им размер, по-голямата им разтворимост в сравнение с по-големите структури изградени от същото вещество и др.

Бързото нарастване на туморните заболявания определя техния ненаситен глад. Делящите се клетки имат нужда от постоянен достъп до хранителните вещества, които биват транспортирани с кръвта. Поради това, раковите образувания отделят вещества, които стимулират бързото изграждане на нови малки кръвоносни съдове, капиляри. Туморните капиляри са доста различни от нормалните - те са неправилно подредени, обикновенно не са обвити от слой мускулни клетки, до тях не достигат нервни окончания и се характеризират с голяма порпускливост. Именно тази повишена пропускливост, в съчетание с липсата на "дренажна система" поради липсата на лимфни съдове, определя задържането на големи количества течности и вещества от кръвта в туморите. Това от своя страна води до една друга особеност на раковите тъкани - те имат склонноста избирателно да филтрират и задържат в себе си молекули с големи размери т.нар. макромолекули. Тази особеност на кръвоснабдяването се наблюдава дори и при сравнително малки туморни образования, с размери 150-200 микрона (един микрон, или микрометър, е равен на една хилядна от милиметъра).

Изследователи и лекари се надяват, че ще могат да използват спицификата на кръвоснабдяването на туморните образования за да разработят нови методи за лечение. Идеята им е, че ако в организма се инжектират макромолекули с терапевтичен ефект, те ще се филтрират и натрупат предимно в туморните клетки като по този начин ще повлияят именно на тях без да засягат здравите тъкани. Такива макромолекули могат да бъдат вече съществуващи или нови лекарствени препарати свързани с носители, а защо не и цели гени (т.нар. генна терапия).

Носители на смърт

Разработването на нови макромолекули, които да служат за носители на терапевтични средства, е другата гореща област на изследвания. Тези носители на смърт трябва да не са токсични за организма, да бъдт достатъчно големи за да носят необходимите количества лечебни препарати, да се натрупват избирателно в туморите, да отделят лесно товара си, веднаж попаднал в близост до раковите клетки и т.н. Тук се намесват наночастиците - миниатюрни структури, с размери (обикновено) между 1 и 100 нанометра (нанометърът е една милионна част от милиметъра) и специфични физични свойства. Правят се опити за използване на магнитни нано-частици, които, под влияние на външно магнитно поле да се натрупват в туморните образования; наночастици, насочвани от антитела и носещи товар от лекарства и т.н.

На особено голям интерес сред различните наночастици с потенциално приложение за лечение на раковите заболявания се радват дендримерите (от гръцки, дендрон - дърво). Дендримерите са полимери със силно разклонена структура, наподобяващи звезда или снежинка, които имат потенциала да носят особено големи товари, включително и гени и за които е установено, че инжектирани в кръвта избирателно се натрупват в раковите тъкани.

Един успешен опит за използване на дендримери за генна терапия на тумори бе докладван тази седмица в списание Cancer Research, от група английски и френски изследователи, ръководени от Андреас Шацлайн и Патрик Барил. Екипът инжектирал в опашната вена на мишки полипропилениминови дендримери, за които били прикрепени варианти на ген, предизвикващ в туморните клетки апоптоза (p53) и проследил движението им в организма. Изследванията на третираните животни показали, че наночастиците са проникнали в туморните клетки и са доставили своя генетичен товар на раковите клетки като по този начин са довели до унищожаването им. Според авторите на разработката, това е първия случай, когато е постигнато толкова фино и прецизно елиминиране на туморни клетки. Според тях работата им може да доведе до разработването и клиничното приложение на метода за лечение на хора в близко бъдеще.