Перенос лекарств через гематоэнцефалический барьер с помощью наночастиц

02 марта 2023 г. (Новости Наноуэрк) Опухоли головного мозга, как известно, трудно поддаются лечению. Одной из причин является проблема, создаваемая гематоэнцефалическим барьером, сетью кровеносных сосудов и тканей с близко расположенными клетками. Барьер образует плотное уплотнение для защиты мозга от вредных веществ, но он также предотвращает попадание большинства лекарств в ткани мозга. Это серьезно ограничивает методы лечения, которые можно использовать при опухолях головного мозга. Теперь команда Мемориального онкологического центра Слоан-Кеттеринг (MSK) под руководством биомедицинского инженера Института Слоана-Кеттеринга Дэниела Хеллера, доктора философии, в сотрудничестве с Правином Раджу, доктором медицины, доктором наук, детским неврологом в Медицинском центре Маунт-Синай, возможно, нашли способ перенести лекарства через гематоэнцефалический барьер с помощью наночастиц — крошечных объектов диаметром в одну тысячную меньше человеческого волоса. Исследователи показали, что этот подход может работать на мышиных моделях медуллобластомы, наиболее распространенной злокачественной (раковой) опухоли головного мозга у детей. Здесь д-р Хеллер объясняет, как этот метод, описанный в Природа материалы («Нацеливание на P-селектин стимулирует кавеолин-1-опосредованный эндотелиальный трансцитоз при медуллобластоме»), потенциально может улучшить лечение медуллобластомы, других опухолей головного мозга и других заболеваний головного мозга.

Как наночастицы используются для нацеливания на опухоли через гематоэнцефалический барьер?

В 2016 году моя лаборатория обнаружила, что белок под названием P-селектин является особенно хорошей мишенью для раковых кровеносных сосудов для направления наночастиц, наполненных лекарствами, к опухолям. Р-селектина много в кровеносных сосудах, питающих опухоли. Мы нашли вещество, имеющее естественное сродство к Р-селектину. Он называется фукоидан, полисахарид (цепочка молекул сахара), который широко доступен и извлекается из бурых водорослей Японского моря. Фукоидан связывается с Р-селектином. В исследовании 2016 года мы наполнили наночастицы фукоидана различными противораковыми препаратами и показали, что наночастицы избирательно прикрепляются к участкам рака, включая метастатические опухоли в легких мышей. Это показало перспективность нацеливания P-селектина на лечение рака.

Как нацеливание на P-селектин позволяет лекарственным препаратам преодолевать гематоэнцефалический барьер?

Кровеносные сосуды гематоэнцефалического барьера выстланы слоем клеток, которые расположены очень близко друг к другу. Мы обнаружили, что когда наночастица связывается с P-селектином, она запускает процесс, называемый трансцитозом, механизм, который перемещает частицу через клетки, выстилающие стенку кровеносного сосуда. Это позволяет чему-то внутри кровеносного сосуда пройти через стенку сосуда и достичь окружающей ткани мозга. Мы обнаружили, что можем использовать этот естественный механизм для доставки наночастиц с лекарствами через гематоэнцефалический барьер, чего было очень трудно достичь. Это может стать важным шагом в улучшении лечения опухолей головного мозга и других заболеваний головного мозга. Люди пробовали разные способы разрушить барьер, например, используя ультразвук, чтобы протыкать крошечные отверстия. По многим причинам, которые, вероятно, очевидны, эти методы сопряжены с риском. Но теперь у нас может быть способ обойти некоторые из этих рисков.

Как вы закончили тестирование этого подхода на медуллобластоме?

Хиро Кигучи, доктор медицинских наук, сотрудник детской онкологии, работающий в нашей лаборатории, изучал использование этих наночастиц для лечения рака у детей. Он представил нашу работу ученым и врачам педиатрического отделения MSK, и Правин, который в то время работал здесь в Memorial Sloan Kettering и Weill Cornell Medicine, спросил: «Можете ли вы провести эти наночастицы через гематоэнцефалический барьер?» Я был настроен скептически, потому что, несмотря на то, что наночастицы маленькие, они все же больше, чем лекарства или белки, а барьер очень плотный. Но оказалось, что Правин разработал модель медуллобластомы на мышах. Это было идеально для тестирования нашей технологии, потому что в этой модели гематоэнцефалический барьер не поврежден, в отличие от многих других моделей опухолей головного мозга, которые имеют протекающие барьеры. Мы сотрудничали с Правином, который является соавтором исследования, чтобы подвергнуть этот подход наночастицам самому сложному испытанию.

Как вы продемонстрировали, что наночастицы могут достигать медуллобластомы у мышей?

Мы нагрузили наночастицы лекарством под названием висмодегиб, которое нацелено на сигнальный путь Sonic hedgehog. Белки Sonic hedgehog играют важную роль в развитии рака. Висмодегиб уже был одобрен для лечения базально-клеточной карциномы, наиболее распространенного рака кожи, и препарат был протестирован на медуллобластому и другие виды рака, вызванные белками Sonic hedgehog. Однако этот препарат привел к значительным побочным эффектам, связанным с костями, когда его опробовали у детей с медуллобластомой. Мы обнаружили, что этот побочный эффект не возникает, когда мы помещаем лекарство в наночастицы. Мы вводили наночастицы, содержащие висмодегиб, в хвостовую вену моделей мышей с медуллобластомой и позволяли им циркулировать, чтобы увидеть, прошли ли они через барьер. Используя специальную визуализацию, мы могли видеть, что частицы накапливаются в месте опухолей медуллобластомы, где выделяется Р-селектин, а не в нормальных областях мозга или других частях тела. Дэниел Тайлавски, аспирант нашей лаборатории, обнаружил, что частицы, нацеленные на P-селектин, используют транспортный путь трансцитоза для пересечения кровеносных сосудов и достижения опухолей.

Использование радиации для повышения уровня P-селектина

Одним из ключей к эффективности этого лечения является использование лучевой терапии, которая является стандартной терапией как для детей, так и для взрослых с опухолями головного мозга. Лучевая терапия повышает уровень Р-селектина в опухолях. Это означает, что мы можем направить излучение, чтобы дать наночастицам больше P-селектина, чтобы они могли захватить опухоль, чтобы больше наночастиц и их лекарственного груза оказались там. В случае медуллобластомы мы могли бы провести лучевую терапию в определенное место в головном мозге перед введением препарата в вену. Есть много случаев, когда мы не хотим, чтобы лекарства попали в другие части мозга, даже если мы перенесем их через барьер, поэтому использование радиации позволяет нам направить лекарство в целевую область.

Что дальше для лечения заболеваний за пределами гематоэнцефалического барьера?

1. Испытать технологию на людях. Мы знаем, что фукоидан безопасен. Вы можете купить его в магазине здоровой пищи, и некоторые люди утверждают, что он повышает иммунную функцию и уменьшает воспаление. Терапия фукоиданом на основе наночастиц не обязательно заменит хирургическое вмешательство, которое до сих пор является стандартным методом лечения медуллобластомы. Но это могло бы повысить эффективность многих классов противораковых препаратов, чтобы предотвратить рецидив рака, позволить использовать более низкие дозы лучевой терапии для мозга, а также уменьшить многие побочные эффекты лекарств. 2. Используйте методы лечения рака мозга, которые никогда раньше не применялись. В настоящее время немногие препараты, используемые для лечения опухолей головного мозга, проникают через гематоэнцефалический барьер. Но теперь у нас может быть гораздо более широкий спектр лекарств, которые могут эффективно воздействовать на опухоли головного мозга. Судя по нашим исследованиям, не имеет значения, какое лекарство вы поместите внутрь частицы; мы можем получить его через барьер. 3. Лечить другие виды рака головного мозга, метастазы в головной мозг и заболевания головного мозга.
Хотя этот подход сначала можно было использовать против медуллобластомы, он имеет более широкое потенциальное применение. Большинство опухолей головного мозга возникает у взрослых, поэтому, если терапия работает против других злокачественных новообразований головного мозга, включая глиобластому или метастазы в головной мозг, она может принести пользу многим людям. Мы также могли бы использовать этот подход для доставки лекарств для лечения нераковых заболеваний головного мозга.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62489.php