Рак является одной из ведущих причин смерти в мире, и его трудно лечить. Проблемами, связанными с традиционной химиотерапией рака, в настоящее время являются:
нерастворимость лекарств в водной среде;
доставка субтерапевтических доз в клетки-мишени;
отсутствие биодоступности;
и что наиболее важно, неспецифическая токсичность для нормальных тканей.
Недавние исследования в области нанотехнологий касаются возможных решений этих проблем. Тем не менее, остаются проблемы в отношении доставки лекарств в конкретно определенные места, отслеживание системы доставки в реальном времени и контроль над системой высвобождения после того, как лекарство было доставлено к конкретной целе.
Нанотехнологические инновации для диагностики и лечения рака уже стали реальностью, предоставляя широкий спектр новых инструментов и возможностей, от ранней диагностики и улучшенной визуализации до лучших, более эффективных и более целенаправленных методов лечения.
Диагностика рака
Раннее выявление рака может спасти больше жизней, чем при любой форме лечения на поздних стадиях.
Предполагается, что циркулирующие опухолевые клетки (CTCs), которые являются жизнеспособными клетками, происходящими из опухолей, представляют происхождение метастатического заболевания.
Нанотехнология может быть использована для разработки устройств, которые указывают, когда эти маркеры появляются в организме, и устройств которые доставляют агенты, чтобы обратить вспять предраковые изменения или убить те клетки, которые потенциально могут стать злокачественными.
Например, быстрый и простой анализ крови для выявления рака на ранней стадии основан на обнаружении молекул биомаркера рака из «белковой короны», образовавшейся на наночастицах золота при адсорбции белков сыворотки крови на поверхность наночастиц.
С возрастающей точностью жидкие биопсии - где CTCs изолированы от образцов крови - становятся жизнеспособным дополнением или даже альтернативой инвазивной биопсии метастатических опухолей.
КТК представляют большой интерес для оценки распространения рака, прогнозирования прогноза пациента, а также для оценки терапевтического лечения, представляя надежную потенциальную альтернативу инвазивной биопсии и последующего протеомного и функционального генетического анализа.
Два примера нанотехнологий в этой области:
Вместо использования магнитных и микрофлюидных методов для выделения ЦОК, исследователи продемонстрировали чип из углеродных нанотрубок, который захватывает и анализирует циркулирующие опухолевые клетки в крови.
В другом случае использовалась нанокремневая платформа для захвата и высвобождения циркулирующих опухолевых клеток.
В частности, квантовые точки наконец сделали шаг от чисто демонстрационных экспериментов к реальным применениям в визуализации. В последние годы ученые обнаружили, что эти нанокристаллы могут позволить исследователям изучать клеточные процессы на уровне одной молекулы. Это может значительно улучшить диагностику и лечение рака. Флуоресцентные полупроводниковые квантовые точки оказываются чрезвычайно полезными для медицинских применений, таких как получение изображений с высоким разрешением.
Лечение рака
В терапии нанотехнологии для уничтожения раковых клеток находятся на переднем крае и применяются в частности как адресной доставки лекарств, так и внутренних методов лечения. Например, наночастицы могут быть использованы в качестве разрушающих опухоль агентов гипертермии, которые вводятся в опухоль и затем активируются для производства тепла и уничтожения раковых клеток локально с помощью магнитных полей, рентгеновских лучей или света.
Проникновение существующих химиопрепаратов или генов в опухолевые клетки с помощью наноматериалов позволяет значительно локализовать доставку, значительно уменьшая количество лекарств, поглощаемых пациентом для одинакового воздействия, и устраняя побочные эффекты влияния лекарственных средств на здоровые ткани организма.
Соединение обоих способов действия также было достигнуто с помощью золотых наностержней, несущих химиотерапевтические препараты и локально возбуждаемых в опухоли инфракрасным светом. Индуцированное тепло одновременно высвобождает инкапсулированное лекарственное средство и помогает разрушать раковые клетки, что приводит к комбинированному эффекту улучшенной доставки и внутренней терапии.
Рак Тераностика
Theranostics - комбинация слов «терапия» и «диагностика» - описывает терапевтическую платформу, которая сочетает в себе тест диагностики рака с целевой терапией, основанной на результатах теста, то есть шагом к персонализированной медицине. Используя нанотехнологические материалы и технологии, тераностическая наномедицина может быть понята как интегрированная нанотерапевтическая система, которая может диагностировать, проводить целевую терапию и контролировать реакцию на терапию.
Тераностическая наномедицина обладает потенциалом для мониторинга в реальном времени и одновременно доставки лекарств и контроля над терапевтическими реакциями.
Иммунотерапия рака
Иммунотерапия стала важной частью лечения некоторых видов рака. Она использует определенные части иммунной системы человека для борьбы с раком. Обычно это делается путем введения компонентов иммунной системы, таких как искусственные белки иммунной системы.
Опухоли избегают иммунной системы, подавляя ее способность распознавать и убивать раковые клетки. Целью иммунотерапии является нормализация и использование иммунной системы организма, чтобы он мог более эффективно бороться с опухолями.
В последние годы наномедицина играет все более важную роль в обеспечении эффективной доставки вакцин при иммунотерапии рака.
Например, исследования показали, что запрограммированные наночастицами иммунные клетки, известные как Т-клетки, могут быстро очистить или замедлить прогрессирование лейкоза на мышиной модели.
В другом исследовании исследователи впервые добились успеха на мышах, использующих нанодиски для доставки индивидуальной терапевтической вакцины для лечения опухолей толстой кишки и меланомы.
Еще одно исследование показало, что магнитные наночастицы могут быть ключом к эффективной иммунотерапии.