Покрытые сахаром наночастицы увеличили выживаемость при раке мозга на 50%

На этой иллюстрации изображены покрытые сахаром липидные наночастицы с мРНК, преодолевающие гематоэнцефалический барьер для лечения глиобластомы. Credit: Parinaz Ghanbari

Исследователи из Университета штата Орегон разработали многообещающую экспериментальную стратегию лечения глиобластомы — наиболее агрессивной формы рака мозга. Менее 30% пациентов выживают в течение двух лет после постановки диагноза.

Работа под руководством Олеха Таратулы, Олены Таратулы и Юн Тэ Гу из Фармацевтического колледжа OSU сосредоточена на двух основных проблемах, которые долгое время ограничивали лечение глиобластомы. Во-первых, терапия должна преодолевать гематоэнцефалический барьер — тщательно контролируемую сеть клеток, защищающую центральную нервную систему от веществ, циркулирующих в крови. Во-вторых, лечение должно достигать раковых клеток, не затрагивая здоровые ткани.

В ходе испытаний на мышах ученые протестировали липидные наночастицы, заполненные генетическим материалом, предназначенным для восстановления способности организма подавлять рост опухоли. Частицы были покрыты сахарной оболочкой, которая помогала им проникать в мозг и концентрироваться внутри опухолей.

Согласно результатам, опубликованным в Journal of Controlled Release, такой подход увеличил медианную выживаемость мышей с глиобластомой на 50%.

В качестве сахара для покрытия использовалась манноза, близкая по структуре к глюкозе — основному источнику энергии организма. Клетки, выстилающие кровеносные сосуды мозга, содержат транспортер GLUT1, который обычно доставляет глюкозу в центральную нервную систему. GLUT1 также распознает маннозу, что позволяет покрытым сахаром наночастицам использовать тот же путь для преодоления гематоэнцефалического барьера.

«Кровь содержит относительно высокие концентрации глюкозы, и именно с ней наночастицы конкурируют за внимание GLUT1, — объяснил Олех Таратула. — Чтобы наночастицы получили доступ к транспортеру, им нужна плотная сахарная поверхность, и в этом заключается наша главная инновация. Химически соединив маннозу с холестерином, основным структурным компонентом наночастиц, мы улучшили покрытие поверхности в шесть раз».

Наночастицы несли матричную РНК, которая заставляет клетки производить белок PTEN, помогающий предотвращать 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, которое помогало удерживать генетический материал внутри наночастиц.

Клетки глиобластомы также производят аномально высокие уровни GLUT1. Это различие помогло покрытым сахаром частицам накапливаться в опухолях после проникновения в мозг.

«Глиобластома метаболически перепрограммирована и экспрессирует GLUT1 в три раза больше, чем нормальная ткань мозга, поэтому частицы преимущественно накапливаются в опухолевой ткани после преодоления гематоэнцефалического барьера, — сказала Олена Таратула. — А восстановление экспрессии PTEN в опухолевых клетках восстанавливает контроль роста. При повторном введении доз наблюдалось уменьшение опухоли без какой-либо измеримой органной токсичности».

Глиобластома поражает около 3,19 человек на 100 000 населения в США. Она чаще встречается у мужчин, чем у женщин, а средний возраст на момент постановки диагноза составляет 64 года. Более 95% пациентов умирают в течение пяти лет после диагностики.

В исследовании также участвовали Винсент Катальди, Владислав Григорьев, Нира Ядав, Тетиана Корзун, Чао Ван и Адам Алани из Фармацевтического колледжа. Работа была поддержана Национальным институтом рака при Национальных институтах здравоохранения, Национальным институтом здоровья детей и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер и Национальным исследовательским фондом Кореи.