Инженеры в области биомедицины разработали новую систему доставки действующего вещества на основе гидрогеля, которая уравновешивает кислотную среду в опухоли и значительно повышает противораковое воздействие химиотерапевтического препарата доксорубицина.
Группа инженеров в области биомедицины Университета Брауна (США) разработала новую систему доставки действующего вещества в очаг заболевания на основе гидрогеля, которая уравновешивает кислотную среду в опухоли и значительно повышает противораковое воздействие химиотерапевтического препарата.
Инъекционная система гидрогеля действует как буфер для доксорубицина и доставляет его непосредственно к злокачественным опухолям и тем самым помогает уменьшить нежелательные побочные эффекты, которые возникают, когда лекарство не вводится непосредственно в очаг заболевания. Исследователи заявляют, что гидрогель, который был разработан для того, чтобы сбалансировать уровни рН, перспективен для существенного улучшения показателей химиотерапевтического лечения и снижения риска распространения агрессивных форм раковых заболеваний в организме путем нейтрализации кислотного уровня в опухолях.
Работа in vitro описана в «ACS Applied Materials and Interface» - рецензируемом научном журнале Американского химического общества.
Ведущий автор исследования Захра Ахмед и ассистент профессора Викас Шривастава объяснили, что в области заболевания, которая называется микросредой опухоли, на прогноз пациента и эффективность химиотерапевтического лечения могут негативно влиять многие факторы. Одной из основных проблем является ацидоз – нарушение кислотно-щелочного равновесия, при котором среда опухоли становится более кислой, и уровень рН падает. У больных раком такое состояние увеличивает вероятность метастазов, через которые рак распространяется на другие части тела, а также значительно снижает эффективность химиотерапии. Например, в кислых средах один из ведущих химиотерапевтических препаратов доксорубицин проходит так называемый ионный захват - то есть препарат попадает в кислотную среду, которая окружает клетки, и не может проникнуть внутрь них, что предотвращает уничтожение раковых клеток.
Доксорубицин токсичен, и, когда вводится в организм внутривенно, как принято сейчас, при воздействии он не делает различия между раковыми клетками и здоровыми доброкачественными клетками. Это приводит к значительным побочным эффектам. Проблемы усугубляются тем, что в настоящее время не существует метода, который позволяет сбалансировать уровень кислотности рН в раковых опухолях. И в этом случае на помощь приходит тот самый гидрогель, который создала группа специалистов.
Захра Ахмед заявил: «Мы пытаемся разработать метод местной доставки доксорубицина, но в то же время смягчить ацидоз. Для этого мы создали инъекционный гидрогель, в котором мы совместили доставку химиотерапевтического доксорубицина с чем-то таким, что поможет бороться с кислотным уровнем рН в области заболевания. В данном случае мы использовали бикарбонат натрия - химическое соединение, которое широко используется для лечения изжоги и кислотного расстройства пищеварения».
Первоначальные лабораторные тесты, проведенные на клетках рака молочной железы in vitro, показывают, что этот метод действительно работает. Гидрогель действует как буфер и использует бикарбонат натрия для повышения уровня рН, и после этого химиотерапевтическое воздействие доксорубицина для уничтожения раковых клеток увеличивается в два-три раза.
Соавтор исследования Викас Шривастава заявил: «Когда мы добились успеха в регуляции рН с помощью гидрогелей, что, как было показано, уменьшает метастазы при некоторых видах рака, мы начали работать над созданием системы доставки бикарбоната натрия непосредственно в место опухоли. Мы разработали инъекционный гидрогель, который может доставляться локально и может регулировать рН опухолевой среды. Затем мы объединили эти две задачи и попробовали провести химиотерапию доксорубицином и доставить его к месту опухоли, используя тот же самый носитель. Такой подход оказался очень эффективным и показал очень многообещающие результаты на двух линий раковых клеток in vitro.»
Исследователи решили разработать биосовместимый гидрогель в качестве системы доставки, потому что гидрогели являются универсальным веществом и широко используются в медицинской практике. Они используются, например, для изготовления контактных линз, гигиенических и перевязочных средств, а также для ввода и высвобождения активной субстанции лекарственных средств. Разработанная исследователями гидрогелевая система может храниться при 4 градусах Цельсия в течение длительного времени перед использованием, что делает ее удобной для практического использования в медицине.
В дальнейшем исследователи надеются применить сочетание регуляции рН с терапевтической системой доставки гидрогеля в доклинических условиях и перейти от экспериментов в пробирках к экспериментам на животных, а в конечном итоге и к лечению пациентов.