Nanočastice aktivované svetlom by mohli pomôcť chirurgom lepšie vidieť glioblastóm a zničiť rakovinové bunky, ktoré zostali po operácii.
Nanozýmy s dvojitým účinkom môžu predĺžiť život pacientov s rakovinou. Zdroj: iStock/Love Employee
Glioblastóm je forma rakoviny mozgu alebo miechy, pričom nádor sa rýchlo množí a môže metastázovať do iných oblastí mozgu. Glioblastóm sa tvorí na mozgových bunkách v tvare hviezdy známych ako astrocyty, ktoré podporujú nervové bunky. Nádor si vytvára vlastný prísun krvi, čo mu umožňuje množiť sa a napádať normálne mozgové tkanivo. Glioblastóm sa bežne označuje aj za multiformný glioblastóm. Ide o agresívnu rakovinu, ktorá sa nedá vyliečiť.
Liečba čelí ďalšej prekážke v podobe hematoencefalickej bariéry, ktorá obmedzuje schopnosť liekov a rádioterapie dostať sa do mozgu. Toto všetko spôsobuje, že pacienti s glioblastómom podliehajú rýchlej smrti, pričom štatisticky len sedem percent z nich sa dožije viac ako päť rokov.
Jeden materiál zvládne dve fázy
Výskumníci z Technickej univerzity v Sydney (UTS), Harvardovej univerzity a univerzít v Che-nane vyvinuli platformu nanozýmov s dvojitým účinkom, ktorej cieľom je riešiť oba problémy pomocou toho istého inteligentného materiálu na báze nanočastíc. Nanozýmy sú umelo syntetizované nanomateriály, ktoré prirodzene vykazujú katalytickú aktivitu napodobňujúcu funkciu reálnych biologických enzýmov. Na rozdiel od klasických proteínových enzýmov ponúkajú podstatne vyššiu stabilitu v drsných podmienkach, nižšiu cenu a dlhšiu životnosť.
Vedci vyvinuli jedinečný materiál, ktorý plní dve úlohy – počas operácie slúži ako presný vodič pre chirurga a následne ako cielená očistná liečba. Jadrom platformy je mimoriadne tenká dvojrozmerná vrstva obsahujúca individuálne umiestnené atómy. Atómy sa nanášajú jeden za druhým pomocou metódy prevzatej z výroby polovodičov.
Táto štruktúra umožňuje materiálu plniť dve odlišné funkcie. Môže pomôcť pri zobrazovaní rakoviny počas operácie a následne poskytnúť fototerapiu po operácii, pričom obe funkcie aktivuje to isté infračervené svetlo.
Svetlo odhaľuje drobné zhluky nádorových buniek
Materiál počas operácie funguje ako vysoko citlivá zobrazovacia látka. Výskumníci do materiálu zakomponovali fluorescenčné farbivo, ktoré umožňuje chirurgom vidieť jednotlivé zhluky nádorových buniek s veľkosťou už od 44 mikrometrov. Ide o rozlíšenie, ktoré presahuje možnosti súčasných klinických zobrazovacích nástrojov. Cieľová molekula pripojená k materiálu tiež pomáha prekonať hematoencefalickú bariéru a akumulovať sa špecificky v bunkách gliómu.
To by mohlo chirurgom umožniť identifikovať zhluky rakovinových buniek, ktoré sú príliš malé na to, aby ich súčasné klinické zobrazovacie metódy odhalili. Cieľová molekula je navrhnutá tak, aby pomáhala materiálu prekonať hematoencefalickú bariéru a koncentrovať sa vnútri buniek gliómu.
Po odstránení viditeľného nádoru sa ten istý materiál aplikuje do chirurgickej dutiny a reaktivuje sa svetlom s rovnakou vlnovou dĺžkou na účely pooperačnej fototerapie.
„Atómy platiny premieňajú peroxid vodíka produkovaný samotným nádorom na kyslík, čím pôsobia proti prostrediu s nízkym obsahom kyslíka, ktoré zvyčajne chráni rakovinové bunky pred liečbou, zatiaľ čo svetlo súčasne generuje teplo a reaktívne molekuly, ktoré ničia mikroskopické rakovinové bunky, ku ktorým sa chirurgický zákrok nedostal,“ vysvetlil doktor Bingyang Shi, vedúci katedry nanomedicíny na Fakulte elektrotechniky, strojárstva a biomedicínskeho inžinierstva UTS.
Druhá fáza je zameraná na likvidáciu rakovinových buniek, ktoré zostali po odstránení viditeľného nádoru. Atómy platiny v materiáli premieňajú peroxid vodíka produkovaný nádorom na kyslík, čím pomáhajú eliminovať prostredie s nízkym obsahom kyslíka, ktoré môže chrániť rakovinové bunky pred liečbou. Zároveň svetlo produkuje teplo a reaktívne molekuly, ktoré môžu poškodiť zvyškové rakovinové bunky.
Testy na myšiach potlačili recidívu nádoru po operácii. Všetky liečené myši boli nažive po 60 dňoch v porovnaní s prežitím 42 dní pri zvieratách, ktoré podstúpili len operáciu. Testy nezistili žiadne neurologické ani motorické deficity spôsobené liečbou.
Kľúčové sú teraz testy na ľuďoch
„Výsledky sú veľmi povzbudivé, ale stále ide o výskum v ranom štádiu, vykonávaný na myších modeloch, nie na ľuďoch – a tento rozdiel je dôležitý,“ uviedol profesor Shi. „Tieto zobrazovacie a terapeutické vlastnosti bude potrebné potvrdiť aj v mierke ľudského mozgu.“
Výsledky sú preto zatiaľ len v predklinickej fáze a technológia ešte vyžaduje rozsiahle testovanie, než bude možné posúdiť jej účinnosť u ľudí. Výskumníci budú musieť zistiť najmä to, či jej zobrazovacie a liečebné schopnosti dokážu účinne fungovať v oveľa väčšom meradle, ako je to v prípade ľudského mozgu.
„Ak sa táto technológia osvedčí aj v priebehu tohto procesu, existuje nádej, že chirurgovia by jedného dňa mohli počas operácie vidieť väčšiu časť nádoru a následne odstrániť väčšiu časť toho, čo po ňom zostane. Je to významný krok smerom k zníženiu recidívy, ktorá naďalej predstavuje jednu z najväčších výziev pre ľudí s glioblastómom,“ dodal profesor Shi.
Zdroje: Apollo Hospitals, Chemical Reviews, SciTech Daily
(RR)
