Наноботы Массачусетского технологического института: миллиметровая точность против рака

Исследователи MIT разработали метод массового производства специализированных наночастиц — виртуальных медицинских «наноботов», способных доставлять противораковые препараты непосредственно к опухолям. Эта технология обещает произвести революцию в лечении рака, повысив эффективность и уменьшив разрушительные побочные эффекты.

Нанотехнология, наука о манипулировании материей в невероятно малых масштабах (нанометр равен одной миллиардной части метра), открывает революционные горизонты в медицине. В этой области наномедицина относится к использованию инструментов и устройств нанометрового размера для диагностики, профилактики и лечения заболеваний на молекулярном уровне. Медицинские «наноботы», хотя этот термин может вызывать в воображении научно-фантастические образы крошечных роботов, в современной практике часто относятся к наночастицам, искусно спроектированным для взаимодействия с биологическими системами определенным образом.

В Массачусетском технологическом институте (MIT) лаборатория профессора Паулы Хаммонд находится на переднем крае разработки этих типов наночастиц. Ее работа сосредоточена на многослойных полимерных частицах, покрытых терапевтическими препаратами. Эти наночастицы предназначены для функционирования в качестве высокоточных средств доставки. Идея заключается в том, что они могут перемещаться по кровотоку и целенаправленно воздействовать на опухолевые клетки, высвобождая свой лекарственный груз непосредственно в месте рака. Этот подход «умного насоса» имеет потенциал для максимального усиления эффекта препарата на раковые клетки при минимизации воздействия на здоровые клетки организма, тем самым уменьшая многие изнуряющие побочные эффекты, связанные с традиционной химиотерапией. Способность этих наночастиц распознавать и воздействовать на раковые ткани делает их весьма перспективными для более эффективного и менее инвазивного лечения рака.

Одной из самых больших проблем в переносе перспективных методов лечения на основе наночастиц из лаборатории в клинику была сложность их производства в больших масштабах последовательным и эффективным образом. Первоначальные методы послойной сборки, хотя и эффективны для создания частиц с точными свойствами, являются трудоемкими и требуют много времени, включая несколько этапов нанесения полимера и центрифугирования для удаления излишков. Последующие попытки оптимизировать очистку, такие как тангенциальная фильтрация потока, улучшили процесс, но все еще имели ограничения с точки зрения сложности производства и максимального масштаба производства.

Недавний прорыв команды MIT под руководством Паулы Хаммонд, Ивана Пиреса и Эзры Гордона заключается именно в преодолении этого производственного препятствия. Они разработали метод, который использует микрофлюидное смесительное устройство для быстрой сборки наночастиц в больших количествах. Это устройство позволяет последовательно добавлять новые полимерные слои по мере того, как частицы проходят через микроканал. Что особенно важно, исследователи могут точно рассчитать количество полимера, необходимое для каждого слоя, что устраняет необходимость в дорогостоящих и длительных этапах очистки после каждого добавления.

Это инженерное новшество так же важно, как и дизайн самой наночастицы, открывая потенциал для производства в клинических масштабах. Применяемое микрофлюидное устройство уже используется в производстве по надлежащей производственной практике (GMP) для других типов наночастиц, таких как вакцины мРНК, что облегчает их внедрение и обеспечивает стандарты безопасности и постоянство. Используя этот новый метод, исследователи могут генерировать 15 миллиграммов наночастиц (достаточно примерно для 50 доз) всего за несколько минут, по сравнению с почти часом при использовании оригинальной технологии.

«Системы наночастиц, которые мы разрабатываем, подают большие надежды... В последнее время мы действительно воодушевлены успехами, которые мы наблюдаем в животных моделях, в частности, в лечении рака яичников», — Паула Хаммонд, Массачусетский технологический институт.

Эффективность наночастиц, изготовленных с использованием этого нового метода массового производства, была подтверждена в доклинических исследованиях. Исследователи MIT создали наночастицы, загруженные интерлейкином-12 (IL-12), цитокином, известным своей способностью активировать иммунную систему против раковых клеток. В мышиных моделях рака яичников эти наночастицы продемонстрировали схожую эффективность с теми, которые были изготовлены с использованием оригинальной технологии, задерживая рост опухоли и даже, в некоторых случаях, излечивая болезнь.

Особенно интересным и уникальным аспектом этих наночастиц является их механизм действия. Они не только доставляют лекарства, но и взаимодействуют с иммунной системой сложным образом. Они связываются с раковой тканью, но, что примечательно, не проникают в сами раковые клетки. Вместо этого они действуют как маркеры на поверхности этих клеток, позволяя иммунной системе локально активироваться непосредственно внутри опухоли. Эта способность сочетать целевую доставку лекарств с локализованной иммуностимуляцией представляет собой мощную синергию, предлагающую многогранную атаку на рак.

Хотя первоначальное исследование было сосредоточено на раке брюшной полости, таком как рак яичников, исследователи полагают, что эта технология может быть применена к другим типам рака, включая глиобластому, агрессивный рак мозга. Команда уже подала заявку на патент на эту технологию и работает с Центром технологических инноваций им. Дешпанде Массачусетского технологического института с целью потенциальной коммерциализации, которая могла бы ускорить появление этих медицинских «наноботов» у пациентов, которые в них нуждаются. Этот прорыв подчеркивает, как конвергенция материаловедения, химической инженерии и иммунологии формирует будущее прецизионной онкологии.