Новое направление в нанотерапии рака: наночастицы золота разрушают клетки питающих опухоль сосудов

Ученые из Университета Саутгемптона (University of Southampton) разработали «умные» наноматериалы, нарушающие кровоснабжение раковых опухолей.

Группа исследователей во главе с преподавателем физики доктором Антониосом Канарасом (Antonios Kanaras) показала, что небольшая доза наночастиц золота может активировать или подавлять гены, вовлеченные в ангиогенез – сложный процесс, ответственный за доставку кислорода и питательных веществ в большинство типов злокачественных опухолей.

Но ученые пошли на шаг дальше. Лазерно-индуцированные методы, основанные на принципе поверхностного плазмонного резонанса наночастиц, уже представлены в качестве эффективного терапевтического инструмента для разрушения опухолевых клеток. Доктор Канарас и его коллеги применили основанный на лазерном излучении низкой интенсивности метод для повреждения и восстановления жизненно важной категории нераковых клеток – человеческих клеток эндотелия сосудов. Эндотелиальные клетки образуют внутреннюю оболочку кровеносных сосудов и играют ключевую роль в ангиогенезе.

Схематическое изображение различных типов наночастиц золота, используемых в экспериментах
доктора Канараса и его коллег. NR – наностержни, HG – полые наночастицы, SP – сферические наночастицы,
CS – наночастицы с кремниевым ядром и оболочкой из золота.
(Рис. University of Southampton)

Как показали эксперименты, степень повреждения или восстановления этих клеток зависит от типа наночастиц золота, которые либо имеют своей мишенью клеточную мембрану, либо поглощаются клеткой путем эндоцитоза. Коллоидные наночастицы золота с одинаковым электрическим зарядом и размером, но несущие разные пептидные последовательности могут селективно и целенаправленно включать специфические клеточные функции, связанные с ростом кровеносных сосудов. Ученым удалось достичь специфического связывания несущих пептиды наночастиц с двумя экспрессируемыми эндотелиальными клетками рецепторами (VEGFR-1, NRP-1), контролирующими ангиогенез.

Облучение наночастиц золота лазером приводит к возникновению явления, известного как поверхностный
плазмонный резонанс (surface plasmon resonance). Мембрана человеческих эндотелиальных клеток
экспрессирует рецептор фактора роста васкулярного эндотелия – VEGF (vascular endothelial growth factor).
Под воздействием лазерного облучения низкой интенсивности наночастицы золота с защитной оболочкой из олигоэтиленгликоля (OEG), функционализированные пептидами, специфическими связывающимися
с рецепторами VEGF, селективно раскрывают мембрану эндотелиальной клетки (верхний ряд). Наночастицы
с оболочкой из олигоэтиленгликоля, не несущие на своей поверхности специфических лигандов, поглощаются
клеткой путем эндоцитоза, приводя к ее разрушению. (нижний ряд).
(Рис. Nano Letters )

Отследив внутриклеточную судьбу функциональных наночастиц и влияние наночастиц с разными пептидными покрытиями на профиль экспрессии генов, связанных с гипоксией и ангиогенезом, ученые убедились в выраженном влиянии их метода на экспрессию важнейших для ангиогенеза генов.

По мнению доктора Канараса и его коллег, их метод лечения, основанный на мягком лазерном облучении, опосредованном плазмоном, в сочетании со специфическим таргетингом клеточных мембран, открывает новые пути управления клеточной проницаемостью и представляет собой новую стратегию регуляции генов в эндотелиальных клетках.

Своей конечной целью исследователи считают разработку полного нанотехнологического набора инструментов для воздействия на процесс ангиогенеза. Они уже прошли около половины пути и, чтобы воплотить свои планы в жизнь в течение пяти-десяти лет, продолжают активный поиск источников финансирования.

Аннотации к статьям

Laser-Induced Damage and Recovery of Plasmonically Targeted Human Endothelial Cells

Receptor-Mediated Interactions between Colloidal Gold Nanoparticles and Human Umbilical Vein Endothelial Cells

Источник(и):

http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?…

http://dx.doi.org/…21/nl104528s