На графической иллюстрации, предоставленной Париназ Ганбари, запечатлены покрытые сахаром липидные наночастицы, несущие мРНК и пересекающие гематоэнцефалический барьер с целью лечения глиобластомы — наиболее агрессивной разновидности рака головного мозга. Исследователи из Университета штата Орегон (ОГУ) разработали многообещающую экспериментальную ступень терапии этого заболевания, при котором менее 30% пациентов переживают двухлетний рубеж после установления диагноза.
Работа, возглавляемая Олегом Таратулой, Еленой Таратулой и Юн Тэ Гу из Фармацевтического колледжа ОГУ, сосредоточена на двух основополагающих проблемах, последовательно ограничивающих лечение глиобластомы. Первая заключается в необходимости преодолеть гематоэнцефалический барьер — жёстко контролируемую клеточную структуру, защищающую центральную нервную систему от веществ, циркулирующих в кровотоке. Вторая — в избирательном воздействии на опухолевые клетки без повреждения здоровых тканей.
Покрытые сахаром наночастицы воздействуют на опухоль головного мозга
На мышиных моделях исследователи тестировали липидные наночастицы, наполненные генетическим материалом и предназначенные для восстановления способностей организма блокировать рост опухоли. Эти частицы были покрыты сахарной оболочкой, которая способствовала их проникновению в мозг и последующему обнаружению внутри опухоли. Согласно результатам, опубликованным в Журнале контролируемого высвобождения, данный подход увеличил среднее время выживаемости на 50% у мышей с глиобластомой.
Сахар, используемый в покрытии, представляет собой маннозу, тесно связанную с глюкозой — основным источником энергии в организме. Клетки, выстилающие кровеносные сосуды головного мозга, содержат транспортер под названием GLUT1, который обычно переносит глюкозу в центральную нервную систему. GLUT1 также способен распознавать маннозу, позволяя покрытым наночастицам использовать тот же путь для пересечения гематоэнцефалического барьера. «В крови относительно высокая концентрация глюкозы, и именно с ней наночастицы конкурируют за внимание GLUT1», — пояснил Олег Таратула. «Чтобы наночастицы смогли его получить, им нужна поверхность, плотно покрытая сахаром, и это наша главная инновация. Химически соединив маннозу с холестерином, основным структурным компонентом наночастиц, мы усилили поверхностное покрытие в шесть раз».
Доставка мРНК, подавляющей опухоль
Наночастицы несут информационную РНК, которая направляет клетку на выработку PTEN — белка, помогающего предотвратить неконтролируемый рост опухоли. PTEN часто отсутствует или неактивен в клетках глиобластомы. Чтобы защитить мРНК от разрушения до достижения цели, исследователи добавили положительно заряженное производное холестерина, что привело к надёжному сохранению генетических материалов внутри наночастиц.
Клетки глиобластомы производят необычно высокие уровни GLUT1. Эта разница способствовала тому, что покрытые сахаром частицы сильнее накапливались в опухолях после проникновения в мозг. «Глиобластома метаболически перепрограммируется и экспрессирует GLUT1 в три раза больше, чем нормальная ткань головного мозга, поэтому частицы накапливаются в опухолевой ткани после пересечения гематоэнцефалического барьера», — рассказала Елена Таратула. «И восстановление экспрессии PTEN в опухолевых клетках поддерживает контроль роста. При повторном введении наблюдалось уменьшение опухоли без какой-либо измеримой токсичности для органов».
Глиобластома поражает около 3,19 человек на 100 000 в США. Данное заболевание чаще встречается у мужчин, чем у женщин, средний возраст на момент постановки диагноза составляет 64 года. Более 95% пациентов умирают в течение пяти лет после постановки диагноза. Винсент Катальди, Владислав Григорьев, Нира Ядав, Татьяна Корзун, Чао Ван и Адам Алани из Фармацевтического колледжа также внесли свой вклад в исследование. Исследование проводилось при поддержке национального института разработки национальных институтов здравоохранения, независимого института здравоохранения и развития человека Юниса Кеннеди Шрайвера и международного исследовательского фонда корпорации.