Раскрыт противораковый механизм работы наночастиц магнетита

Классические методы лечения рака, такие как химио- и радиотерапия, вызывают множество побочных эффектов, поскольку действуют неизбирательно. В результате ослабленный болезнью организм может просто не выдержать лечения; нужны более точечные альтернативы.

Очень многообещающими видятся подходы тераностики: терапевтическая система несет распознающие рак фрагменты, обеспечивающие ее адресную доставку в новообразование. Это могут быть наночастицы с прикрепленными на их поверхность небольшими фрагментами ДНК — аптамерами, которые по сути служат синтетическими аналогами антител к белкам на поверхности злокачественной популяции. После закрепления можно при помощи внешнего воздействия заставить наночастицы уничтожать опухоль. Так, например, есть системы, при освещении сильно нагревающиеся и буквально выжигающие пораженные ткани; другие испаряют воду и вызывают микровзрывы.

Среди методов, основанных на физических принципах, в последнее время выделяют магнитную нанотераностику, в которой воздействие на организм осуществляется с помощью негреющих низкочастотных магнитных полей. При выборе частоты переменного магнитного поля учитывается то, что с уменьшением частоты поле может беспрепятственно проникать к любым органам и, что очень важно, не приводит к неизбирательному нагреву тканей. Так, было показано полное уничтожение культуры карциномы Эрлиха — быстро прогрессирующего рака, способного обходить иммунные механизмы защиты, — при помощи магнитных наночастиц из магнетита (смеси оксидов железа). Однако дать объяснение результатам не удалось, поскольку сила воздействия одиночных наночастиц на клетки была слишком низкой для запуска программируемой клеточной смерти (один из наиболее известных и основных ее видов — апоптоз).

В своей новой работе исследователи из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Красноярского государственного медицинского университета, Сибирского федерального университета и Томского государственного университета смогли наконец-то объяснить этот феномен при помощи разработанной модели. Магнитное поле вызывает механическое движение наночастиц, связанных со злокачественными клетками с помощью аптамеров. Интересно, что его воздействие также приводит к группировке магнетита в достаточно жесткую структуру. У нее уже появляется постоянный магнитный момент, достаточно большой, чтобы оказать влияние на раковые клетки. 

«Смена направления поля сопровождается поворотом наночастиц на пол-оборота. При этом, если наночастица закрепляется на внешней поверхности клеточной мембраны или на волокнах межклеточных элементов экзоскелета, ее поворот порождает механическую вытягивающую силу, передающуюся на трансмембранные механорецепторы клетки. Именно воздействие на них при условии превышения порогового значения силы запускает апоптоз. Полученные результаты подтверждают возможность успешного применения метода для высокоэффективного лечения злокачественных новообразований, что открывают перспективы его внедрения в медицинскую практику», — прокомментировал координатор проекта Сергей Карпов, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института физики имени Киренского СО РАН и Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ.