Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) совершили прорыв в области персонализированной медицины, разработав новаторский метод борьбы с раком. В основе этого метода лежит использование золотых наночастиц, помеченных ДНК, что позволяет значительно повысить точность и эффективность терапевтического воздействия.
Ведущим исследователем этой передовой разработки стал адъюнкт-профессор Энди Тэй, представляющий факультет биомедицинской инженерии Колледжа дизайна и инженерии, а также Институт инноваций в здравоохранении и технологиях NUS. Команда профессора Тэя предложила использовать золотые наночастицы не только для доставки терапевтических нуклеиновых кислот непосредственно к раковым клеткам, но и для проведения фототермической терапии. Этот вид терапии основан на способности золотых наночастиц преобразовывать свет в тепло, что приводит к уничтожению злокачественных клеток.
Ключевым новшеством разработанного метода стало использование ДНК-штрихкодов. Каждая конструкция наночастиц снабжается уникальной последовательностью ДНК, что позволяет отслеживать и анализировать поведение различных форм и размеров наночастиц в режиме реального времени. Эта технология открывает возможности для высокопроизводительного скрининга, позволяющего быстро и эффективно оценивать множество вариантов наночастиц и выбирать оптимальные для конкретного типа рака и индивидуальных особенностей пациента.
Актуальность данного исследования обусловлена существующими проблемами в лечении рака с использованием наночастиц. Традиционные методы часто не обеспечивают достаточной точности доставки препаратов к целевым участкам внутри опухоли, что снижает эффективность терапии и увеличивает вероятность побочных эффектов. Кроме того, существующие методы скрининга оптимальных конструкций наночастиц являются трудоемкими и часто не учитывают гетерогенность клеточного состава опухолей, включающих иммунные, эндотелиальные и раковые клетки.
В качестве решения этих проблем исследователи предложили метод ДНК-штрихкодирования золотых наночастиц, позволяющий отслеживать различные конструкции одновременно in vivo, то есть непосредственно в живом организме. Для надежного закрепления ДНК-штрихкодов на поверхности золотых наночастиц была использована тиол-функционализация.
В ходе исследований были получены важные результаты, демонстрирующие, что форма наночастиц играет ключевую роль в эффективности лечения рака. В частности, треугольные наночастицы показали превосходные результаты как in vitro (в клеточных культурах), так и in vivo (на доклинических моделях). Они отличались высоким уровнем клеточного захвата и выраженными фототермическими свойствами. В то же время, круглые наночастицы демонстрировали низкий уровень захвата in vitro, но оказались эффективными в нацеливании на опухоли in vivo за счет меньшей вероятности быть устраненными иммунной системой.
Эти результаты подчеркивают, что форма наночастиц оказывает значительное влияние на их взаимодействие с биологическими системами и, как следствие, на их терапевтическую эффективность. Особого внимания заслуживает расхождение между результатами in vitro и in vivo, продемонстрированное на примере круглых наночастиц. Это говорит о том, что результаты, полученные в условиях клеточных культур, не всегда точно отражают поведение наночастиц в живом организме.
Разработанный метод открывает перспективы для создания персонализированных подходов к лечению рака. Становится возможным подбирать форму и размер наночастиц, учитывая специфические характеристики опухоли и особенности клеточного состава. Это позволит сделать лечение рака более безопасным и эффективным за счет улучшения нацеливания на опухоль и снижения воздействия на здоровые ткани. В перспективе возможно создание наночастиц с изменяемой формой или промежуточных конструкций для оптимизированной доставки лекарств на различных стадиях терапии.
Исследование также поднимает вопрос о расширении спектра форм наночастиц, используемых в медицине. В настоящее время в нанопрепаратах, одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), преобладают сферические формы. Новый метод позволяет изучить потенциал других форм, таких как треугольные, стержневидные и т. д., для улучшения терапевтического эффекта. Кроме того, метод ДНК-штрихкодирования может быть применен и к другим неорганическим наночастицам, таким как частицы железа и кремния, расширяя горизонты наномедицины.
Помимо онкологии, разработанная технология имеет потенциал для более широкого применения в терапии различных заболеваний. Например, она может быть использована для доставки РНК, а также для нацеливания на органы при лечении специфических органных заболеваний. Более того, метод ДНК-штрихкодирования способствует углублению понимания биологии РНК и развитию технологий доставки РНК, что открывает новые возможности для генной терапии и лечения наследственных заболеваний.
В планах исследователей дальнейшее расширение библиотеки наночастиц до 30 различных конструкций для нацеливания на субклеточные органеллы. В ближайшем будущем будут проведены испытания наиболее перспективных наночастиц для генного глушения и фототермической терапии рака молочной железы. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials 24 ноября 2024 года под названием "In Vivo Screening of Barcoded Gold Nanoparticles Elucidates the Influence of Shapes for Tumor Targeting" (DOI: 10.1002/adfm.202411566). Авторами статьи являются Xingyue Huang и другие.
Изображение носит иллюстративный характер
Ведущим исследователем этой передовой разработки стал адъюнкт-профессор Энди Тэй, представляющий факультет биомедицинской инженерии Колледжа дизайна и инженерии, а также Институт инноваций в здравоохранении и технологиях NUS. Команда профессора Тэя предложила использовать золотые наночастицы не только для доставки терапевтических нуклеиновых кислот непосредственно к раковым клеткам, но и для проведения фототермической терапии. Этот вид терапии основан на способности золотых наночастиц преобразовывать свет в тепло, что приводит к уничтожению злокачественных клеток.
Ключевым новшеством разработанного метода стало использование ДНК-штрихкодов. Каждая конструкция наночастиц снабжается уникальной последовательностью ДНК, что позволяет отслеживать и анализировать поведение различных форм и размеров наночастиц в режиме реального времени. Эта технология открывает возможности для высокопроизводительного скрининга, позволяющего быстро и эффективно оценивать множество вариантов наночастиц и выбирать оптимальные для конкретного типа рака и индивидуальных особенностей пациента.
Актуальность данного исследования обусловлена существующими проблемами в лечении рака с использованием наночастиц. Традиционные методы часто не обеспечивают достаточной точности доставки препаратов к целевым участкам внутри опухоли, что снижает эффективность терапии и увеличивает вероятность побочных эффектов. Кроме того, существующие методы скрининга оптимальных конструкций наночастиц являются трудоемкими и часто не учитывают гетерогенность клеточного состава опухолей, включающих иммунные, эндотелиальные и раковые клетки.
В качестве решения этих проблем исследователи предложили метод ДНК-штрихкодирования золотых наночастиц, позволяющий отслеживать различные конструкции одновременно in vivo, то есть непосредственно в живом организме. Для надежного закрепления ДНК-штрихкодов на поверхности золотых наночастиц была использована тиол-функционализация.
В ходе исследований были получены важные результаты, демонстрирующие, что форма наночастиц играет ключевую роль в эффективности лечения рака. В частности, треугольные наночастицы показали превосходные результаты как in vitro (в клеточных культурах), так и in vivo (на доклинических моделях). Они отличались высоким уровнем клеточного захвата и выраженными фототермическими свойствами. В то же время, круглые наночастицы демонстрировали низкий уровень захвата in vitro, но оказались эффективными в нацеливании на опухоли in vivo за счет меньшей вероятности быть устраненными иммунной системой.
Эти результаты подчеркивают, что форма наночастиц оказывает значительное влияние на их взаимодействие с биологическими системами и, как следствие, на их терапевтическую эффективность. Особого внимания заслуживает расхождение между результатами in vitro и in vivo, продемонстрированное на примере круглых наночастиц. Это говорит о том, что результаты, полученные в условиях клеточных культур, не всегда точно отражают поведение наночастиц в живом организме.
Разработанный метод открывает перспективы для создания персонализированных подходов к лечению рака. Становится возможным подбирать форму и размер наночастиц, учитывая специфические характеристики опухоли и особенности клеточного состава. Это позволит сделать лечение рака более безопасным и эффективным за счет улучшения нацеливания на опухоль и снижения воздействия на здоровые ткани. В перспективе возможно создание наночастиц с изменяемой формой или промежуточных конструкций для оптимизированной доставки лекарств на различных стадиях терапии.
Исследование также поднимает вопрос о расширении спектра форм наночастиц, используемых в медицине. В настоящее время в нанопрепаратах, одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), преобладают сферические формы. Новый метод позволяет изучить потенциал других форм, таких как треугольные, стержневидные и т. д., для улучшения терапевтического эффекта. Кроме того, метод ДНК-штрихкодирования может быть применен и к другим неорганическим наночастицам, таким как частицы железа и кремния, расширяя горизонты наномедицины.
Помимо онкологии, разработанная технология имеет потенциал для более широкого применения в терапии различных заболеваний. Например, она может быть использована для доставки РНК, а также для нацеливания на органы при лечении специфических органных заболеваний. Более того, метод ДНК-штрихкодирования способствует углублению понимания биологии РНК и развитию технологий доставки РНК, что открывает новые возможности для генной терапии и лечения наследственных заболеваний.
В планах исследователей дальнейшее расширение библиотеки наночастиц до 30 различных конструкций для нацеливания на субклеточные органеллы. В ближайшем будущем будут проведены испытания наиболее перспективных наночастиц для генного глушения и фототермической терапии рака молочной железы. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials 24 ноября 2024 года под названием "In Vivo Screening of Barcoded Gold Nanoparticles Elucidates the Influence of Shapes for Tumor Targeting" (DOI: 10.1002/adfm.202411566). Авторами статьи являются Xingyue Huang и другие.
