Нанотехнология использует оболочки вирусов для обмана раковых клеток

Несмотря на то что в последнее время произошли серьёзные сдвиги в диагностировании и лечении опухолей мозга, этот тип рака всё ещё характеризуется слишком низким уровнем выживаемости, в том числе из-за его высокой резистивной способности к химиотерапии. В новом исследовании, опубликованном в находящемся в открытом доступе издании Journal of Nanobiotechnology, вирус Sendai был успешно использован для транспортировки квантовых точек (Qdots) в раковые клетки мозга и специфического связывания с рецептором эпидермального фактора роста (EGFR).

Этот тип рецепторов часто представлен в очень большом количестве на поверхности клеток опухоли. Предлагаемая технология маркировки раковых клеток наночастицами способна облегчить задачу диагностирования раковых новообразований.

Qdots, очень маленькие флюоресцирующие частицы (намного уступающие вирусу и в тысячу с лишним раз меньше средних размеров клетки), могут быть привязаны к биологическим молекулам, таким как антитела. После привязки флюоресцирующая способность квантовых точек позволяет легко обнаруживать, какая именно клетка содержит протеин, распознанный антителом, а также где именно находится этот протеин. Однако всегда существовала проблема, связанная с попаданием квантовых точек внутрь клеток: как им не слипнуться, собравшись небольшими тёплыми компаниями, или не оказаться выброшенными из клетки в качестве шлака.

Исследователям из Нью-Йоркского колледжа (США) удалось преодолеть эту проблему, покрыв квантовые точки липидной и протеиновой оболочкой. Как поясняют учёные, несмотря на то что клетки обладают очень развитыми механизмами защиты от вражеского проникновения, вирусы, постоянно эволюционируя, создали не менее изощрённые способы обхода клеточной защиты. Исследователи, воспользовавшись этими неординарными талантами вирусов для доставки Qdots внутрь клеток, провели серию in vitro-экспериментов.

Для начала инактивированный вирус парагриппозной мышиной инфекции привязали к липосомам, содержащим квантовые точки. Причём сами квантовые точки были уже привязаны к антителу против EGFR. Таким образом, оказавшись в клетке, комплекс Qdot-антитело связывался с рецептором, а количество связанных комплексов отслеживалось путём измерения Qdot-флюоресценции.

Уровень экспрессии EGFR использовался в исследовании в качестве маркера на наличие рака, однако понятно, что Qdots могут быть привязаны к любому антителу. Одновременное применение целого набора комплексов Qdot-антитело позволило бы проводить быструю идентификацию различных типов рака и определять потенциальную устойчивость к химиотерапии.

Вынуждены, впрочем, заметить, что, по-видимому, это тот самый случай, когда исследователи, проводя эксперименты в чашечках Петри, забывают о том, что человеческое тело не набор не связанных между собой клеток (желательно одного типа). Многое, что хорошо и красиво работает на лабораторном столе, потом оказывается совершенно непригодным в реальной системе. И это, увы, тот самый случай. Дело вот в чём.

Основой любого имиджинга (и флюоресцентный здесь не исключение) являются три свойства маркеров и как минимум одно важнейшее свойство «цели». Во-первых, это селективность маркера к определённым протеинам. Это авторам удалось обеспечить за счёт антител, но лишь наполовину (почему так, будет ясно чуть позже). Во-вторых, это высокая стойкость связывания и живучести получившегося комплекса метка-«цель» — тут всё в порядке. И главное — это понятие «wash out»: излишек, разбежавшийся по телу и не взаимодействующий с раковыми клетками, должен полностью и немедленно выводиться, с тем чтобы не создавать слишком большого «шума» в наблюдаемой картинке. И вот тут у исследователей полный неуд. Даже то количество комплекса Qdot-антитело, которое попало в клетку, необязательно всё и полностью соединится с EGFR. И даже если учёные, сидя за лабораторным столом с чашкой Петри с десятью раковыми клетками в ней, могут рассчитать требуемую дозу для получения красивой картинки, то в реальной системе этого не получится.

Да и как отличить флюоресценцию квантовой точки в комплексе с антителом, которое соединилось с EGFR, от флюоресценции точки, находящейся в комплексе с несвязанным антителом? А как быть с выводом лишнего из организма? С какой скоростью меченые антитела будут уничтожены, а их «фонящие» Q-точки сложены где-нибудь в одном месте? Зачем организму уничтожать антитела, вырабатываемые им же самим для борьбы с раком? А дальше только хуже: EGFR, хотя и ап-регулирован в раковых клетках, в обычных клетках тоже присутствует, а значит, избыток антител с Qdot-маркерами засветит по всему телу, и понять, где тут реальный сигнал, а где шум, со стопроцентной уверенностью никак нельзя.

И последнее. Причём тут вообще специфические проблемы рака мозга, с которых всё начиналось? Проблема этого типа рака и специфика его особой устойчивости объясняются просто: наличием гематоэнцефалического барьера, ограждающего мозг от крови и 99,9% лекарств. Мало какой фармацевтической молекуле удаётся пройти барьер и попасть в мозг, где, возможно, поселился рак. И вирусам это сделать, к счастью, тоже не удаётся (есть яркие исключения), и очень сомнительно, что этот мышиный парагрипп способен на преодоление барьера. А если так, то и к диагностике рака мозга эта команда исследователей даже не приблизилась, хотя использование сложных биологических комплексов в паре с квантовыми точками не может не впечатлять.

Подготовлено по материалам PhysOrg.

{mossh}

Несмотря на то что в последнее время произошли серьёзные сдвиги в диагностировании и лечении опухолей мозга, этот тип рака всё ещё характеризуется слишком низким уровнем выживаемости, в том числе из-за его высокой резистивной способности к химиотерапии. В новом исследовании, опубликованном в находящемся в открытом доступе издании Journal of Nanobiotechnology, вирус Sendai был успешно использован для транспортировки квантовых точек (Qdots) в раковые клетки мозга и специфического связывания с рецептором эпидермального фактора роста (EGFR).

Этот тип рецепторов часто представлен в очень большом количестве на поверхности клеток опухоли. Предлагаемая технология маркировки раковых клеток наночастицами способна облегчить задачу диагностирования раковых новообразований.

Qdots, очень маленькие флюоресцирующие частицы (намного уступающие вирусу и в тысячу с лишним раз меньше средних размеров клетки), могут быть привязаны к биологическим молекулам, таким как антитела. После привязки флюоресцирующая способность квантовых точек позволяет легко обнаруживать, какая именно клетка содержит протеин, распознанный антителом, а также где именно находится этот протеин. Однако всегда существовала проблема, связанная с попаданием квантовых точек внутрь клеток: как им не слипнуться, собравшись небольшими тёплыми компаниями, или не оказаться выброшенными из клетки в качестве шлака.

Исследователям из Нью-Йоркского колледжа (США) удалось преодолеть эту проблему, покрыв квантовые точки липидной и протеиновой оболочкой. Как поясняют учёные, несмотря на то что клетки обладают очень развитыми механизмами защиты от вражеского проникновения, вирусы, постоянно эволюционируя, создали не менее изощрённые способы обхода клеточной защиты. Исследователи, воспользовавшись этими неординарными талантами вирусов для доставки Qdots внутрь клеток, провели серию in vitro-экспериментов.

Для начала инактивированный вирус парагриппозной мышиной инфекции привязали к липосомам, содержащим квантовые точки. Причём сами квантовые точки были уже привязаны к антителу против EGFR. Таким образом, оказавшись в клетке, комплекс Qdot-антитело связывался с рецептором, а количество связанных комплексов отслеживалось путём измерения Qdot-флюоресценции.

Уровень экспрессии EGFR использовался в исследовании в качестве маркера на наличие рака, однако понятно, что Qdots могут быть привязаны к любому антителу. Одновременное применение целого набора комплексов Qdot-антитело позволило бы проводить быструю идентификацию различных типов рака и определять потенциальную устойчивость к химиотерапии.

Вынуждены, впрочем, заметить, что, по-видимому, это тот самый случай, когда исследователи, проводя эксперименты в чашечках Петри, забывают о том, что человеческое тело не набор не связанных между собой клеток (желательно одного типа). Многое, что хорошо и красиво работает на лабораторном столе, потом оказывается совершенно непригодным в реальной системе. И это, увы, тот самый случай. Дело вот в чём.

Основой любого имиджинга (и флюоресцентный здесь не исключение) являются три свойства маркеров и как минимум одно важнейшее свойство «цели». Во-первых, это селективность маркера к определённым протеинам. Это авторам удалось обеспечить за счёт антител, но лишь наполовину (почему так, будет ясно чуть позже). Во-вторых, это высокая стойкость связывания и живучести получившегося комплекса метка-«цель» — тут всё в порядке. И главное — это понятие «wash out»: излишек, разбежавшийся по телу и не взаимодействующий с раковыми клетками, должен полностью и немедленно выводиться, с тем чтобы не создавать слишком большого «шума» в наблюдаемой картинке. И вот тут у исследователей полный неуд. Даже то количество комплекса Qdot-антитело, которое попало в клетку, необязательно всё и полностью соединится с EGFR. И даже если учёные, сидя за лабораторным столом с чашкой Петри с десятью раковыми клетками в ней, могут рассчитать требуемую дозу для получения красивой картинки, то в реальной системе этого не получится.

Да и как отличить флюоресценцию квантовой точки в комплексе с антителом, которое соединилось с EGFR, от флюоресценции точки, находящейся в комплексе с несвязанным антителом? А как быть с выводом лишнего из организма? С какой скоростью меченые антитела будут уничтожены, а их «фонящие» Q-точки сложены где-нибудь в одном месте? Зачем организму уничтожать антитела, вырабатываемые им же самим для борьбы с раком? А дальше только хуже: EGFR, хотя и ап-регулирован в раковых клетках, в обычных клетках тоже присутствует, а значит, избыток антител с Qdot-маркерами засветит по всему телу, и понять, где тут реальный сигнал, а где шум, со стопроцентной уверенностью никак нельзя.

И последнее. Причём тут вообще специфические проблемы рака мозга, с которых всё начиналось? Проблема этого типа рака и специфика его особой устойчивости объясняются просто: наличием гематоэнцефалического барьера, ограждающего мозг от крови и 99,9% лекарств. Мало какой фармацевтической молекуле удаётся пройти барьер и попасть в мозг, где, возможно, поселился рак. И вирусам это сделать, к счастью, тоже не удаётся (есть яркие исключения), и очень сомнительно, что этот мышиный парагрипп способен на преодоление барьера. А если так, то и к диагностике рака мозга эта команда исследователей даже не приблизилась, хотя использование сложных биологических комплексов в паре с квантовыми точками не может не впечатлять.

Подготовлено по материалам PhysOrg.

{mossh}