12 декабря 2008 17:30
Терапия наночастицами: новый способ лечения рака
Абстрактные наночастицы – частицы размером от 1 до 100 нанометров – в скором времени станут использоваться при лечении раковых заболеваний. Результаты первых клинических испытаний указывают на то, что терапия наночастицами может оказаться весьма действенной, значительно снижая количество побочных эффектов благодаря более направленному воздействию на опухоль и активному поглощению клетками.
В данной статье особое внимание уделяется особенностям терапии наночастицами, которые отличают ее от других методов лечения рака, также описываются возможности достижения положительного результата, невозможного при иных способах воздействия на опухоль.
Поскольку было опубликовано большое количество результатов доклинических исследований, особое внимание в статье уделяется именно доклиническим и клиническим изысканиям, которые могут оказать значительное влияние на клинические испытания и способствовать появлению новых методов лечения больных раком.
Суть терапии наночастицами заключается в использовании частиц, обладающих лечебными свойствами, таких как синтетические препараты, пептиды, протеины и нуклеиновые кислоты, а также компонентов, представляющих собой терапевтическую ценность, таких как липиды и полимеры (схема 1). Эти наночастицы могут обладать более выраженным противораковым воздействием, нежели те вещества, в состав которых они входят. Причина кроется в более направленном воздействии на ткани опухоли благодаря улучшенной фармакокинетике и фармакодинамике, а также более активному внутриклеточному перемещению (схема 1).
Эти свойства зависят от размера и поверхностных свойств (включая наличие биологически активных лекарственноподобных веществ, вырабатываемых в организме) наночастиц.
В данном обзоре мы в первую очередь кратко затронем ключевые свойства наночастиц и их отличие от других типов препаратов для борьбы с раком. После этого несколько слов будет сказано об использовании в клинической практике наночастиц первого поколения, а также свойствах новейших эспериментальных средств на основе наночастиц. И, наконец, мы обсудим перспективы лечения раковых заболеваний с использованием наночастиц. Несмотря на то, что в этой области продолжаются масштабные исследования, большинство из них не будут применены в клинической практике. Среди основных причин можно назвать использование иммуностимулирующих компонентов, применение компонентов, блокирующих развернутое производство цГМФ и/или препятствующих проведению полноценных химических, прозводственных анализов и анализов контроля качества. В клинической практике используется (или будет использоваться в скором времени) ограниченное количество наночастиц, и в настоящее время стала доступна информация, которая поможет понять, как использовать эти экспериментальные системы на практике. Таким образом, особое внимание мы будем уделять возможностям перенесения экспериментальных средств на основе наночастиц в клиническую область и их применения в клинических условиях. Несмотря на существование ряда экспериментальных подходов с использованием наночастиц, на которые может повлиять внешняя стимуляция, мы обратим более пристальное внимание на систематически вводимые наночастицы, не требующие наличия внешних стимулов.
Химическая технология, Калифорнийский институт технологии, Пасадена, Калифорния, 91125, США. Уиншипский институт рака Медицинского университета Эмори, Атланта, Джорджия, 30322, США.
Основные свойства наночастиц, используемых для лечения рака
Размер наночастиц
В настоящее время считается, что диаметр наночастиц для лечения рака должен быть в пределах 10−100 нанометров. Минимальная цифра получилась на основе расчета коэффициента фильтрования для гломерулярной капиллярной стенки, поскольку предположительно предельный размер частиц для выведения из почек составляет 10 нанометров в диаметре (1). Верхняя граница определена не настолько четко. Известно, что сосудистая сеть опухолей легко пропускает макромолекулы. Лимфатическая система опухолей у подопытных мышей функционирует плохо, и макромолекулы, проходящие по кровеносным сосудам, имеют тенденцию к накапливанию, — феномен, известный как «синдром повышенной проницаемости и ретенции» (2). Многочисленные факты указывают на то, что этот синдром присутствует и у людей. Доказано, что частицы диаметром в сотни нанометров способны проникать сквозь стенки кровеносных сосудов и накапливаться в опухоли. Однако крупные макромолекулы или наночастицы обладают ограниченной способностью к проникновению во внеклеточном пространстве (3).
 |
| Схема 1. Основные классы наночастиц, проходящих клинические испытания, и их свойства. |
По итогам опытов над животными можно предположить, что частицы размером менее 150 нанометров, нейтральные или обладающие слегка отрицательным зарядом, могут проникать сквозь ткани опухоли (4). Кроме того, последние исследования показывают, что наночастицы размером от 50 до 100 нанометров, несущие легкий положительный заряд, могут проникать в крупные опухоли вследствие систематического введения (5). Таким образом, правильно сконструированные наночастицы размером от 10 до 100 нанометров и обладающие слегка отрицательным или положительным поверхностным зарядом способны проникать в диссеминированные опухоли при введении в кровеносную систему. Если размер определен верно, эти наночастицы не смогут проникнуть в здоровую сосудистую сеть (для этого их размер должен составлять менее 1−2 нанометров), однако они будут в состоянии попасть в ткани печени, как и частицы размером от 100 до 150 нанометров в диаметре.
Поверхностные свойства наночастиц
Наночастицы обладают высоким отношением величины поверхности к объему по сравнению с более крупными частицами, поэтому контроль за их поверхностными свойствами крайне важен в процессе внедрения в организм человека. Окончательный исход наночастиц в организме определяется их взаимодействием с внутренней средой, а это зависит от сочетания размера и поверхностных свойств. Пространственно стабильные частицы (например, полимеры полиэтиленгликоля на поверхности), обладающие слегка отрицательным или положительным поверхностным зарядом, минимально взаимодействуют между собой и с другими частицами. Внутренняя поверхность кровеносных сосудов и поверхность клеток содержит множество отрицательно заряженных компонентов, которые начнут отталкивать отрицательно заряженные наночастицы. По мере того, как поверхностный заряд станет сильнее (будь он положительным или отрицательным), активизируется деятельность макрофагов, что может привести к повышенной работе системы мононуклеарных фагоцитов. Таким образом, минимизация неспецифических взаимодействий благодаря пространственной стабилизации и контролю за поверхностным зарядом помогает предотвратить нежелательное распыление наночастиц. Однако полное уничтожение неспецифических взаимодействий пока невозможно, поэтому потеря частиц все равно происходит: главное здесь – свести эти потери к минимуму.
Если бы можно было избежать потери наночастиц, тогда бы их распределение внутри организма млекопитающего было бы равномерным при условии того, что не существовало бы ограничений в размере на основе термодинамических принципов. Тем не менее, в организме существует множество ограниченных по размеру участков, способствующих неравномерному распределению. К примеру, мозг защищен гематоэнцефалическим барьером, имеющим значительный размер и поверхностные свойства, ограничивающие проникновение. Учитывая требования к размерам и поверхностным свойствам частиц, попадающих в тот или иной орган, можно легко добиться их проникновения в нужные участки.
Наночастицы-лиганды
Прибавление направленных лиганд, обеспечивающих специфические взаимодействия «наночастица – поверхность клетки», может играть значительную роль в конечном размещении наночастицы. Например, наночастицы могут быть направлены в раковые клетки, если их поверхность содержит такие агенты, как синтетические молекулы, пептиды, протеины или антитела. Эти агенты могут связываться с рецепторными протеинами на поверхности раковой клетки, например, с рецепторами трансферрина, количество которых в раковых клетках значительно увеличивается (7). Эти направленные лиганды позволяют наночастицам связывать рецепторы на поверхности клеток и проникать в клетки с помощью опосредуемого рецепторами эндоцитоза (схема 1). Недавние исследования по сравнению ненаправленных и направленных наночастиц (на основе липидов (8) или полимеров (9)) показали, что основной целью направленных лиганд является усиление клеточного проникновения в раковые клетки, нежели их накопление в опухоли.
Отличительные черты терапии наночастицами при лечении рака
Наночастицы могут быть запрограммированы на длительное или короткое время кругооборота в крови в зависимости от размера и поверхностных свойств. Также они могут быть направлены в определенные типы клеток в тех или иных органах (например, гепатоциты по отношению к клеткам Купфера в печени (10)). В то время как другие типы лекарственных средств от рака, такие как молекулярные конъюгаты (конъюгаты антител) также могут удовлетворять этим минимальным требованиям, направленные наночастицы обладают по меньшей мере пятью свойствами, отличающими их от других противораковых лекарств.
Наночастицы как противораковые агенты
Наносистемы для общей противораковой терапии и новейшие этапы исследований кратко обрисованы в таблице 1(см. стр. 2). Мы включили сюда протеины с содержанием полиэтиленгликоля и конъюгированные синтетические молекулы полиэтиленгликоля, которые, будучи единственными молекулами в растворе, могут считаться наномерными средствами или наночастицами, если в них происходит реакция «полимер-полимер», в результате чего в общей системе появляется более одной полимерной цепочки.
Липосомы (приблизительно 100 нанометров и более), несущие синтетические вещества для химиотерапии, были одобрены для лечения рака еще в середине 1990−х годов и в основном используются для растворения лекарственных веществ, приводя к биораспределению, благоприятствующему более высокой концентрации в опухоли, нежели при использовании свободных веществ (19). Однако липосомы не могут влиять на время, требуемое для высвобождения лекарственного вещества, и в большинстве случаев не обеспечивают эффективного внутриклеточного поступления молекул лекарства (19), таким образом ограничивая возможность применения при видах рака, устойчивых ко многим лекарственным средствам.
Типичный пример, представленный в таблице 1(см. стр 2) , это доксил (Ortho Biotech), полиэтиленгликоль-липосома, содержащая цитотоксическое вещество доксорубицин. Доксил был первоначально одобрен для лечения саркомы Капоши у больных с вирусом иммунодефицита, а сейчас используется для лечения рака яичников и плазмацитомы. Это вещество циркулирует в организме как наночастица, а период его полувыведения примерно в 100 раз дольше, чем у свободного доксорубицина (см. ниже). В клинической практике главным преимуществом этого вещества является снижение кардиотоксичности по сравнению с доксорубицином.
Однако использование подобных наносистем также показывает, что могут проявляться и нежелательные свойства. Например, несмотря на то, что доксил обладает более низкой кардиотоксичностью по сравнению со свободным доксорубицином, он оказывает негативное воздействие, чего нельзя сказать о последнем веществе (22). Новейшие наносистемы, отличающиеся более высокой степенью многофункциональности (обладающие такими свойствами, как медленное выведение и/или направленные лиганды), имеют более низкий уровень токсичности (в отличие от доксила) по сравнению с первоначально одобренными средствами, и некоторые из этих свойств будут описаны ниже.
Наночастицы без направленных лиганд
В таблице 2 (см. стр. 2) сравниваются несколько веществ на основе наночастиц, переносящих молекулы лекарств. Среди частиц приведены липосомы, полимерные мицеллы и наночастицы на основе полимеров. В каждом случае, например, при сравнении доксорубицина с наночастицами, несущими доксорубицин, SP1049С, NK911 и доксил, наночастица изменяет фармакокинетические свойства молекулы лекарственного вещества. Периоды полувыведения указаны в таблице 2, хотя их трудно сравнить, потому что для определения этих периодов используются различные модели. Очищение крови – это типичный фармакокинетический параметр, который можно легко определить на основании клинических сведений, и он является лучшим показателем различий периодов полувыведения для разных лекарственных препаратов. Очищение длится значительно меньше с такими наночастицами, как доксил, XYOTAX (CT-2103) и IT-101. Более длительный период полувыведения наночастиц по сравнению со свободными лекарственными веществами помогает улучшить степень их проникновения в опухоль (см.ссылку 23). Более того, полимерные мицеллы (менее 100 нанометров) легче усваиваются опухолью, нежели крупные липосомы (24). Движение частицы внутри опухоли также зависит от размера, как уже говорилось ранее. Считается, что наночастицы размером менее 100 нанометров, но более 10 нанометров (во избежание выведения из почек) являются оптимальными для проникновения в опухоль. Таким образом, тщательный контроль за размером частиц важен для фармакокинетики, биораспределения, накапливания в опухоли и проникновения в нее.
Некоторые наночастицы, проходящие сейчас клинические испытания, также имеют механизм, позволяющий контролировать высвобождение лекарственного вещества, как будет обсуждаться далее на примере IT-101. Эти методики основаны на разрыве химической связи между частицей и лекарственным веществом посредством гидролиза, ферментов, находящихся внутри и вокруг клеток, например, лизоцима, эстеразы, или ферментов, расположенных исключительно внутри клеток, таких как катепсин В.
 |
| Схема 2. Наночастицы с множеством направленных лиганд могут обеспечить многовалентную связь с поверхностью клеток, обладающих высокой плотностью рецепторов. |
Очищение – это объем крови и плазмы, очищенных от лекарственного вещества. Более низкий уровень очищения указывает на более длительный период кругооборота крови.
Нейтропения, обычно вызываемая химиотерапией, — это миелосупрессия, затрагивающая в основном клеточную линию белых кровяных телец. Тяжелая степень нейтропении (3−я или 4−я) опасна для жизни, и ее необходимо пресекать с помощью факторов роста. Более подробную информацию смотрите в «Критериях токсичности» на сайте Американского национального института рака.
 |
в РФ и странах СНГ
Телефон 8−800−555−05−45 (Звонок по России бесплатный)
Официальный сайт компании foodingredients.ru
Доксил используется в клинической практике свыше двух десятилетий, и его свойства широко обсуждались в других работах (25−27). Сейчас клиническим тестам подвергаются многочисленные другие липосомы с содержанием лекарственных веществ, такие как иринотекан и SN-38 (более подробную информацию смотрите на сайте Clinical Trials.gov).
Максимально переносимая доза абраксана приблизительно на 70−80% выше, чем у таксола. На третьем этапе обследования 454−х пациентов, страдающих раком груди с метастазами и получавших абраксан (260 мг на кв.м.) или таксол (175 мг на кв.м.) внутривенно каждые три недели, скорость реакции была значительно выше у больных, получавших абраксан, нежели у тех, кому вводили таксол (29). Несмотря на повышенную дозу паклитаксела у больных, получавших абраксан, количество случаев нейтропении 4−й стадии было значительно ниже, чем у тех, кто проходил лечение таксолом (9% против 22%; вероятность равна 0,001). Фармакокинетическая оценка также показала, что вывод паклитаксела и объем распределения выше в случае с абраксаном, нежели с таксолом.
Очищение составляло 13 литров в час на кв.м. для абраксана и 14,76 литров в час на кв.м. для таксола (вероятность равна 0,048)28). Распределение равнялось 663,8 литрам на кв.м. для абраксана и 433,4 литрам на кв. м. для таксола (вероятность – 0,04)28). Эти различия фармакокинетических свойств могут быть связаны с более высоким уровнем внутриопухолевой концентрации абраксана по сравнению с той же дозой таксола. Однако следует отметить, что пока неясно, растворяются наночастицы или нет при введении в организм пациента, хотя есть предположения, что это происходит (см.последнюю часть). Таким образом, клиническая польза абраксана, вероятно, выше не благодаря его функциям в роли наночастицы, а благодаря другим факторам, таким как удаление кремофора EL из его состава, который обладает токсичными свойствами (30).
Таблица 1.
Системы наночастиц для лечения рака
|
Основание |
Последняя стадия исследований |
Примеры |
|
Липосомы |
Одобрено |
дауноксом, доксил |
|
Частицы на основе альбумина |
Одобрено |
абраксан |
|
Протеины на основе полиэтиленгликоля |
Одобрено |
«Онкоспар», |
|
Разлагаемые микроорганизмами полимерные соединения |
Клинические испытания |
доксорубицин |
|
Полимерные мицеллы |
Клинические испытания |
|
|
Частицы на основе полимерных конъюгатов |
Клинические испытания |
XYOTAX |
|
Дендримеры |
Доклинические испытания |
полиамидоамин (PAMAM) |
|
Неорганические или другие твердые частицы |
Доклинические испытания (кроме золотой наночастицы, проходящей клинические испытания) |
Углеродные нанотрубки, частицы двуокиси кремния, частицы золота (CYT-6091) |
Одобрено в Южной Корее
Несколько видов лекарственных веществ на основе наночастиц протеинов полиэтиленгликоля были одобрены или проходят в настоящее время клинические испытания. Полиэтиленгликоль использовался в ряде протеинов, включая ферменты, цитокины и фрагменты моноклональных антител Fab.
Использование полиэтиленгликоля дает возможность увеличить растворимость протеина, снизить иммуногенность, предотвратить быстрое выведение из почек (благодаря увеличенному размеру конъюгатов) и продлить время полувыведения из плазмы (31). PEG-L-аспарагиназа («Онкоспар», «Энзон») была одобрена Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США в 1994 году для лечения острой лимфобластной лейкемии (32,33). Хотя в состав свободной от лекарственных веществ L-аспарагиназы входит аспарагин, и она используется для лечения острой лимфобластной лейкемии и лимфомы, это вещество часто вызывает аллергические реакции и выработку антител, что ведет к преждевременному выводу из крови. Исследования «Онкоспара» первой стадии показали увеличенное время полувыведения из плазмы по сравнению с чистым ферментом и снижение частоты аллергических реакций (34). Последующая вторая фаза показала частичную реакцию и снижение частоты аллергических реакций у некоторых пациентов с невосприимчивой к лекарствам лимфомой, проходящих лечение «Онкоспаром» (35,36). Рекомбинантная дезаминаза аргинина полиэтиленгликоля оценивалась либо как отдельный агент, либо в сочетании с 5−флуороурацилом (37,38). Еженедельные внутримышечные инъекции оказались эффективными при лечении гепатоцеллюлярной карциномы, а концентрация аргинина составляла менее 2 yМ38.
Полиэтиленгликоль также был связан с генами-модификаторами биологической реакции, такими как альфа-интерферон и рекомбинантный гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (39,40). Два конъюгата альфа-интерферона, «Пегасус» («Рош») для конъюгатов IFN-g и «Пегинтрон» («Шеринг») для IFN-a2b показали высокую клиническую антивирусную активность по сравнению со свободным альфа-интерфероном и одобрены для лечения гепатита С (41). Эти конъюгаты PEG-IFN-g эффективны при лечении меланомы и гипернефромы (42−44), а также проходят тестирование на предмет использования при лечении других разновидностей рака. Из-за длительного периода полувыведения конъюгатов PEG-IFN-g их можно вводить подкожно раз в 12 недель вместо трех раз в неделю (свободный альфа-интерферон).
Благодаря успешному применению протеинов полиэтиленгликоля неудивительно, что полимеры полиэтиленгликоля также конъюгируются с синтетическими препаратами для создания наночастиц.
Пегамотекан — это камптотецин, конъюгированный с неразветвленной молекулой полиэтиленгликоля и имеющий молекулярную массу приблизительно 400 000 дальтонов. Пегамотекан прошел два клинических испытания первой фазы (еженедельная дозировка (45) и дозировка один раз в три недели (46)), а также испытания второй фазы (47), однако «Энзон» больше не использует этот конъюгат. Другие препараты для химиотерапии на основе конъюгированного полиэтиленгликоля проходят испытания первой фазы для лечения тяжелых раковых заболеваний, включая PEG-иринотекан (NKTR-102) и PEG-SN-38 (EZN-2208) (Clinical Trials.gov). Синтетические молекулы полиэтиленгликоля имеют повышенный период выведения по отношению к свободному препарату (45,46), таким образом обладая возможностью накапливаться в опухоли благодаря электронному парамагнитному резонансу.
Кроме изменения фармакокинетики лекарственных средств наносистемы обладают и другими функциями.
Например, конъюгаты подиэтиленгликоля-паклитаксела, связывающие высокие уровни наполнения паклитаксела (37% веса) с разлагаемым биоорганизмами полимером, поли-л-глутаминовая кислота (PG) проходила многочисленные клинические испытания, включая третью фазу, а XYOTAX (также называемый СТ-2103) является самым клинически проверенным полимерно-синтетическим конъюгатом, используемым для систематического введения в организм.
Паклитаксел в небольших количествах высвобождается из полимера посредством медленного процесса гидролиза (до 14% в течение свыше 24−х часов), но его высвобождение происходит быстрее в результате распада лизосомного катепсина В, составляющего основу этого полимера, после эндоцитного поглощения (48).
При опухолях, подвергаемых воздействию электронного парамагнитного резонанса, эффективность PG-паклитаксела отмечалась во многих доклинических испытаниях с применением моделей опухоли, а безопасность применения повышалась благодаря уменьшению проникновения в здоровую ткань и лучшей растворимости препарата (49,50).
Исследования первой и второй фаз продемонстрировали значительное количество частичных реакций или ремиссии у пациентов с крупноклеточным раком легкого, гипернефроидной опухолью почки, мезотелиомой и устойчивому к лечению паклитакселом раком яичников (51). Среди серьезных побочных эффектов отмечаются нейтропения и периферическая нейропатия – типичные при лечении паклитакселом. Во время случайных испытаний третьей фазы PG-паклитаксел сравнивался с гемцитабином или винорелбином в качестве начальной терапии у пациентов с нетяжелыми формами крупноклеточного рака легкого (52). У пациентов, получавших конъюгат, было отмечено меньше побочных эффектов по сравнению с пациентами из контрольной группы, большинство из которых получали гемцитабин, однако применение конъюгата наночастиц в большинстве случаев не повышало общий уровень выживаемости по сравнению с обычными препаратами. Однако встречалось больше случаев излечения у женщин, получавших PG-паклитаксел, нежели у мужчин (53). Подобные различия могут объясняться уровнем эстрогена, поскольку он увеличивает выход катепсина В из организма (54). Сейчас проводятся окончательные испытания для сравнения PG-паклитаксела и свободного паклитаксела (175 мг на кв.м.) в качестве начальной терапии у женщин с крупноклеточным раком легкого. Наночастицы PG-камптоцетина (СТ-2106) также проходят клинические испытания первой и второй фазы (45,46,55).
Таблица 2.
Сравнение фармакокинетических свойств синтетических молекул с лекарственными средствами на основе наночастиц (проводилось с участием пациентов)
|
Название |
Состав |
Диаметр (нанометры) |
Толщина (плот-ность) |
Вывод |
Комментарии |
Ссылки |
|
Доксорубицин (DOX) |
0,9% хлорида натрия |
Неизвестен |
0,8 |
14,4 |
Синтетическое лекарство |
24 |
|
SP1049С |
Плюрониловая мицелла+DOX |
22−27 |
2,4 |
12,6 |
Наночастица мицеллы |
24 |
|
NK911 |
|
40 |
2,8 |
6,7 |
Наночастица мицеллы |
24 |
|
Доксил |
PEG-липосома+DOX |
80−90 |
84,0 |
0,02 |
Наночастица липосомы на основе полиэтиленгликоля с длинным периодом кругооборота в крови |
24 |
|
Таксол (паклитаксел) |
Кремофор EL |
Неизвестен |
21,8 (20,5) |
3,9 (9,2) |
Синтетическое лекарство |
24 (28) |
|
Генексол-РМ |
|
20−50 |
11,0 |
4,8 |
Наночастица мицеллы |
24 |
|
Абраксан |
Альбумин+паклитаксел |
120* |
21,6 |
6,5 |
Наночастица альбумина перед инъекцией; статус в живом организме неизвестен |
28 |
|
XYOTAX |
PG+паклитаксел |
Неизвестен |
70−120 |
0,07−0,12 |
Наночастица полимера |
23 |
|
Камптосар (пролекарство SN-38) |
0,9% хлорида натрия |
Неизвестен |
11,7 |
5,8 |
Синтетическое пролекарство |
95 |
|
LE-SN-38 |
Липосома+SN-38 |
Неизвестен |
7−58 |
3,5−13,6 |
Наночастица липосомы |
97 |
|
Топотекан (аналог камптотецина) |
0,9% хлорида натрия |
Неизвестен |
3,0 |
13,5 |
Синтетическое лекарство |
96 |
|
СТ-2106 |
PG+ камптотецин |
Неизвестен |
65−99 |
0,44 |
Наночастица полимера |
98 |
|
IT-101 |
|
Неизвестен |
30−40 |
0,03 |
Наночастица полимера с длительным периодом кругооборота |
66 |
* Может растворяться при проникновении в кровь. PEG – полиэтиленгликоль, PEG-PLA – блок-сополимер PEG и полимолочной кислоты, PG – полиглутаминовая кислота, SN-38 — 7−этил-10−гидроксикамптоцетин.
Гематологическая токсичность.
Сюда входит супрессия красных кровяных клеток, белых кровяных клеток или количества тромбоцитов. Обычно вызывается веществами, используемыми в химиотерапии. Токсичность 4−й степени, включающая сильную анемию, лейкопению или тромбоцитопению, требует немедленного лечения, поскольку представляет угрозу для жизни.
Кардиотоксичность.
Оказывает влияние на функции сердца, включая аритмию, кардиальную дисфункцию и конечную остановку сердца по мере прогрессирования симптомов. Тяжелая кардиотоксичность 4−й степени представляет угрозу для жизни из-за развития риска аритмии и остановки сердца.
Другие полимерно-синтетические конъюгаты прошли несколько клинических испытаний. К примеру, конъюгаты полимера N-(2−гидроксипропил) метакриламида (HPMA) показали направленность на опухоли, подвергаемые электронному парамагнитному резонансу (56), и значительное усиление противоопухолевой активности во время опытов над животными (57). HPMA-полимер-гли-фе-лей-гли-доксорубицин (PKI, FCE28068) проходит первую фазу испытаний с дозировкой раз в три недели и ее увеличением до максимально переносимой дозы в 320 мг на кв.м. (эквивалент доксорубицина), что в 4−5 раз выше обычной дозы доксорубицина (58). Среди дозолимитирующих токсических эффектов были отмечены нейтропения и воспаление слизистой оболочки, но накопленные дозы достигали 1,680 мг на кв.м. безо всяких признаков кардиотоксичности. Противоопухолевая активность была отмечена в случаях заболевания раком груди, устойчивого к антрациклину, крупноклеточного рака легкого и колоректального рака. Клинические исследования фармакокинетики показали длительный период кругооборота в плазме (58,59). HPMA-конъюгаты доксорубицина (PKI), паклитаксела (PNU166945), камптотецина (MAG-СPT) и лекарств с содержанием платины (АР5280 и АР5346) также прошли клинические испытания, но в настоящие время только платина-содержащий конъюгат АР5346 проходит клиническую разработку. Другие конъюгаты либо показали повышенную токсичность, либо оказались неэффективными (60).
NK911, наночастицы полимерной мицеллы, были созданы для более эффективной доставки доксорубицина. NK911 вводят внутривенно пациентам с тяжелыми видами рака каждые три недели во время испытаний первой фазы (61). Начальная доза составляет 6 мг на кв. м. (эквивалент доксорубицина) и постепенно повышается. Всего в испытаниях участвовали 23 пациента, и были отмечены случаи максимально допустимой дозировки в 67 мг на кв.м. и дозолимитирующий токсический эффект в виде нейтропении. Среди этих двадцати трех больных частичная реакция отмечалась у пациента с раком поджелудочной железы. Рекомендуемая доза второй фазы составляла 50 мг на кв. м. каждые три недели.
SP1049C, новейший противораковый агент, содержащий доксорубицин и два неионных плюрониловых блок-сополимера, был создан для повышения эффективности лечения по сравнению с доксорубицином. Во время клинических испытаний первой фазы среди фармакокинетических свойств этого вещества отмечался более низкий уровень вывода, нежели у свободного доксорубицина (62). После этого проводились клинические испытания второй фазы.
Среди девятнадцати отобранных пациентов с аденокарциномой пищевода, у девяти наблюдалась частичная реакция (47%), а у восьми – стабилизация состояния (42%) (63). Гематологическая токсичность (3−4−й степени) включала нейтропению (62%) и анемию (5%), в результате чего девяти пациентам (43%) дозу препарата снизили до 55 мг на кв.м. Кардиотоксичность первой степени была отмечена у четырех больных (19%). Ученые пришли к выводу, что SP1049С эффективен в качестве монотерапии у этой группы пациентов, поэтому были рекомендованы комбинированные исследования с участием других веществ.
Некоторые новейшие многофункциональные наночастицы, такие как IT-101, конъюгат камптотецина и полимера на основе циклодекстрина, могут обладать более длительным кругооборотом, как показали опыты на животных и испытания с участием добровольцев (66), проникать в клетки опухоли и способствовать медленному высвобождению лекарственного вещества (67). Первоначальные результаты клинических испытаний первой фазы показали, что у нескольких пациентов, получавших IT-101 в дозировке, позволяющей вести обычный образ жизни, наблюдалась длительная устойчивая ремиссия (примерно год и более) (66). Эти и другие результаты наводят на мысль о том, что агенты, активно воздействующие на опухоли, невосприимчивые к лекарствам, через опосредованные устойчивостью к ряду компонентов механизмами в процессе экспериментов над животными также могут быть активны и в отношении плохо поддающихся лечению опухолей у людей.
Многофункциональные наночастицы, такие как IT-101, могут значительно снизить побочные эффекты, не приводя к токсичности, по сравнению с веществами, содержащимися внутри них. Из-за малого количества побочных эффектов IT-101 будет проходить клинические испытания второй фазы при лечении рака яичников в качестве поддерживающей терапии. IT-101 будут получать женщины, обычно ожидающие прогрессирования заболевания после химиотерапии, чтобы выяснить, можно ли продлить время ремиссии. Если эксперименты пройдут удачно, появится новая возможность для использования лекарственных веществ на основе наночастиц, имеющих низкую токсичность и высокую эффективность.
Нейропатия – нарушение работы нервной системы, включающее дисфункции черепного, двигательного и чувствительного нервов. На третьей или четвертой стадии нейропатии может возникнуть опасность серьезного нарушения функций организма. Симптомами тяжелой нейропатии являются параличи, парестезия и интеллектуальные расстройства.
Наночастицы с направленными лигандами
Наночастицы, указанные в таблице 2, отличаются пассивным попаданием в ткани опухоли.
Таким образом, считается, что неплотная сосудистая сеть опухолей позволяет наночастицам проникать из сосудов в ткани, в то время как при нормальной сосудистой сети этого не происходит (это свойство используется при измененном биораспределении наночастиц по сравнению с молекулами лекарственных веществ).
В конечном итоге активное попадание посредством внесения направленного лиганда в наночастицы представляется наиболее эффективным способом терапии. В таблице 3 показаны несколько веществ с направленными лигандами, которые либо уже одобрены к применению, либо проходят клинические испытания.
РК2 (FCE28069), конъюгат HMPA-полимер-гли-фе-лей-гли-доксорубицина, который также содержит сахарный галактозамин, был первой наночастицей с лигандами, прошедшей клинические испытания. Лиганд на основе галактозы использовался для сцепления с рецептором асиалогликопротеина (ASGPR), который выражен в гепатоцитах, в надежде, что его высокий уровень экспрессии сохраниться в раковых клетках печени. Однако поскольку ASGPR также запечатлевается и на здоровых гепатоцитах, направленные наночастицы накапливались не только в больных клетках печени, но и в здоровых. В клинических испытаниях первой фазы РК2 имел максимально допустимую дозу 160 мг на кв.м. (эквивалент доксорубицина) с дозолимитирующей токсичностью, типичной для антрациклинов (69). Из двадцати трех пациентов с начальной стадией гепатоцеллюлярной карциномы у двоих болезнь прогрессировала (26 и 47 месяцев), у третьего размер опухоли значительно уменьшился, а у одиннадцати наступила ремиссия (70). Концентрация лекарства в печени через сутки 70 составляла 15−20% от вводимой дозы, а концентрация в опухоли была в 12−50 раз выше, чем при использовании свободного доксорубицина.
В настоящее время единственными направленными наночастицами, проходящими клинические испытания, являются МВР-426, содержащие в липосоме цитотоксичное вещество оксалиплатин на основе платины; SGT-53, липосомосодержащая плазмида, обозначающая супрессор опухоли р53, и CALAA-01, композит на основе полимерной малой интерферирующей РНК. МСС-465, направленная липосома с доксорубицином, в настоящее время не используется. Все эти наночастицы нацелены на рецептор трансферрина, который при многих видах рака активизирован (7).
Кроме того, направленные наночастицы могут обладать активным механизмом внутриклеточного высвобождения лекарственных веществ. Например, CALAA-01 представляет собой направленную наночастицу, чей лиганд несет большую нагрузку лекарственного вещества (малой интерферирующей РНК). Известно, что она обладает многовалентной связью с поверхностью раковых клеток и активным механизмом расщепления, который запускается при распознавании внутриклеточного местонахождения посредством уменьшения показателя степени кислотности ниже 6,0 (что случается на метаболическом пути внутри клетки (5,9,11,71).
Как уже говорилось ранее, недавние исследования по сравнению ненаправленных и направленных наночастиц (на основе липидов (8) или полимеров (9)) показали, что основная роль направленных лиганд заключается в их повышенном поглощении раковыми клетками и снижении уровня накопления в здоровой ткани. Такой механизм действия предполагает, что коллоидные свойства наночастиц будут определять их биораспределение, в то время как целью направленного лиганда является увеличение внутриклеточного поглощения опухолью. Если этот принцип действия окажется общим, тогда структурная близость и поверхностная плотность направленного лиганда, прикрепленного к наночастице, будет определять степень поглощения клетками. Недавно Чжо и другие ученые доказали, что отношения сродство – плотность наночастиц могут быть определены (72). Плотность одноцепных антител Fv-фрагментов была важна для поглощения наночастиц, и при наличии высокой плотности высокая степень сродства не имела большого значения. Результаты ясно показали, что фрагменты антител с высокой плотностью и низкой степенью сродства могут поглощаться раковыми клетками, и степень поглощения не возрастает пропорционально степени сродства. И хотя специфическое сродство и плотность, вероятно, являются функцией плотности рецепторов на поверхности клетки, исследования доказали важность многовалентности направленных наночастиц.
Резистентность к опосредованному направленному оттоку
Основным клиническим испытанием, ограничивающим эффективность лекарственных препаратов от рака, является устойчивость раковых клеток ко множеству биологических и химиотерапевтических агентов, известная как множественная лекарственная устойчивость (73,74).
Она может вызываться физиологическими барьерами (неклеточными механизмами) или изменениями биологических и биохимических характеристик раковых клеток (клеточные механизмы).
В первом случае причиной возникновения невосприимчивости к лекарству может быть плохое сосудистое снабжение в районе опухоли, что значительно препятствует попаданию лекарственного вещества в пораженные ткани и защищает раковые клетки от вызванной лекарствами цитотоксичности. Более того, высокое внутритканевое и низкое капиллярное давление также могут затруднить транссудацию лекарственных молекул. Во втором случае устойчивость опухолей к терапевтическому вмешательству объясняется клеточными механизмами, в том числе изменением специфических ферментных систем метаболизма лекарств, снижением апоптической активности, возбуждением системы восстановления клеток, мутацией очага, на который направлено лекарственное вещество, или увеличением оттока лекарственных веществ в опухолевые клетки.
Таблица 3. Примеры направленных на лиганды терапевтических агентов.
|
Название |
Направленный агент |
Терапевтический агент |
Статус |
Комментарии |
Сноски |
|
Гемтузумаб озогамицин («Милотарг»; UCB/Wyeth) |
Гуманизированное антитело анти-CD33 |
Калихеамицин |
Одобрен |
Нагруженное лекарственным средством антитело |
99 |
|
Денилейкин дифтитокс («Онтак»; «Лиганд Фармасьютикалз/Eisai) |
Интерлейкин-2 |
Фрагмент дифтерийного токсина |
Одобрен |
Гибридный белок направленного агента и лекарственного протеина |
100 |
|
Ибритумомаб тиуксетан (Zevalin: Cell Therapeutics) |
Мышиное антитело анти-CD20 |
Иттрий |
Одобрен |
Конъюгат радиоактивного антитела |
101 |
|
Тоситумомаб (Bexxar, GlaxoSmithKline) |
Мышиное антитело анти-CD20 |
Иод |
Одобрен |
Конъюгат радиоактивного антитела |
101 |
|
FCE28069 (PK2) |
Галактоза |
Доксорубицин |
Фаза 1 (остановлена) |
Синтетический агент, прикрепленный к полимерной наночастице |
102 |
|
MCC-465 |
Фрагмент человеческого антитела GAH |
Доксорубицин |
Фаза 1 |
Липосомная наночастица, содержащая направленный фрагмент антитела |
103 |
|
MBP-426 |
Трансферрин |
Оксалиплатин |
Фаза 1 |
Липосомная наночастица, содержащая направленный агент человеческого белка трансферрина |
104, 105 |
|
SGT-53 |
Фрагмент антитела для рецептора трансферрина |
Плазмида ДНК с геном р53 |
Фаза 1 |
Липосомная наночастица, содержащая направленный фрагмент антитела |
106 |
|
CALAA-01 |
Трансферрин |
Малая интерферирующая РНК |
Фаза 1 |
Наночастица на основе полимера с направленным агентом человечского белка трансферрина |
71, 107 |
Из этих механизмов больше всего известны и наиболее широко исследуются изменения механизма утечки лекарственных средств. Начало этим исследованиям положил тот факт, что Р-гликопротеин способствует активной утечке химиотерапевтических веществ из опухолевых клеток.
Альтернативные стратегии предоления резистентности к лекарствам могут быть основаны на системах, дающих возможность выборочного накопления лекарств в тканях опухоли, опухолевых клетках или даже ячейках клеток без увеличения токсичности. Это могут обеспечить лекарства на основе наночастиц, потому что они проникают в клетки посредством эндоцитоза (таблицы 1, 3). Выбирая подходящий состав наночастиц, можно защитить лекарственное вещество от кислотной микросреды (или других разрушающих веществ, таких как нуклеазы или олигонуклеатиды), прежде чем оно попадет в клетки опухоли. Например, заряженные доксорубицином наночастицы поли(алкил-цианоакрилата, РАСА) способны проникать в клетки, не будучи распознаны Р-гликопротеином (78,79). Используя наночастицы РАСА, ученые доказали, что мультирезистентность гена Р388 в культуре клеток лейкемии была частично преодолена. Наночастицы РАСА в оболочке из полиэтиленгликоля были изготовлены из поли (PEG-цианоакрилат-ко-гексадесил цианоакрилат) сополимера (79).
Во время исследования опухолей у крыс и мышей эти наночастицы циркулировали в крови дольше, в то время как их поглощение печенью уменьшалось. Повышенное накопление лекарства в ткани опухоли отмечалось, когда вещество вводили в форме наночастицы РАСА в оболочке из полиэтиленгликоля (80). Кроме того, Шлюэп и другие ученые доказали, что IT-101, систематически вводимый в организм мышей, способен преодолеть Р-gp-резистентность ксенотрансплантантов (67). Впоследствие это было прослежено на примере мышей с шестью различными ксенотрансплантантами – колоректальным раком LS 174T и HT29; H1299 NSCLC; мелкоклеточным раком легкого Н69; раком поджелудочной железы РANC-1; раком груди MDA-MB-231 и одной диссеминированной опухолью (TC71−luc, саркома Юинга). Во всех случаях единый цикл лечения, включающий три еженедельные дозы IT-101, оказывал значительный противоопухолевый эффект. Полная ремиссия наблюдалась у некоторых животных с опухолями Н1299 и у большинства животных с диссеминированной саркомой Юинга (67). Более того, IT-101 оказался эффективным при лечении ряда опухолей (например, колоректальных опухолей НТ29), которые являются резистентными к терапии иринотеканом (67). Это согласуется с гипотезой о том, что полимерные конъюгаты лекарственных веществ способны справиться с определенными видами многолекарственной резистентности (схема 3).
 |
| Схема 3. Наночастицы способны преодолевать резистентность к лекарствам. |
Поскольку стратегии с использованием направленных наночастиц в основном учитывают их связь с рецепторами на поверхности клеток, которые затем подвергаются процессу эндоцитоза, этот подход также применяется для предоления резистентности к лекарствам. Направленные на рецепторы солей фолиевой кислоты рН-чувствительные полимерные мицеллы, содержащие доксорубицин (81), трансферрин-конъюгированные наночастицы паклитаксела (82) и трансферрин-лигандные липосомы с оксалиплатином (83), показали высокую противоопухолевую активность в отличие от свободных лекарственных веществ у подопытных мышей с резистентностью к этим веществам. В общем исследования продемонстрировали, что наночастицы различных типов, содержащие синтетические молекулы и направленные агенты, оказываются более эффективными, нежели ненаправленные наночастицы.
Пока нет окончательных доказательств того, что наночастицы могут преодолеть поверхностную резистентность у людей, хотя клинические исследования показывают частичную реакцию пациентов (65,68,84), прежде никак не откликавшихся на лекарственную терапию.
К примеру, пациенты, резистентные к терапии таксаном (NSCLC с паклитакселом/карбоплатином и рак яичников с паклитакселом/карбоплатином и постоянным введением паклитаксела) продемонстрировали объективные реакции после получения генексола-РМ, наночастицы полимерной мицеллы с паклитакселом, или XYOTAX (CT-2103), конъюгата PG-паклитаксела (64,68).
|
в РФ и странах СНГ
Телефон 8−800−555−05−45 (Звонок по России бесплатный)
Официальный сайт компании foodingredients.ru
Наночастицы предоставляют возможности для создания и отладки свойств, невозможных при работе с другими видами лекарственных веществ, и по мере поступления клинических данных (см. также обзоры по полимерным конъюгатам (85) и полимерным мицеллам (86)) подход к изучению наночастиц будет становится все более продвинутым, как только ученые прольют свет на их оптимальные свойства. Как уже было продемонстрировано на примере веществ в таблицах 1−3, лекарства на основе наночастиц по-прежнему разрабатываются, и в клинической практике появляются все более новые и сложные многофункциональные наночастицы. Результаты этих испытаний уже дают основания для оптимизма.
Некоторые важные свойства наночастиц, отмеченные в преклинических исследованиях, были подверждены на примере человека, такие как расширенные фармакокинетические свойства с частицами размером менее 100 нанометров (66).
Как уже говорилось выше, существуют предположения, что можно будет преодолеть резистентность к лекарствам и значительно снизить побочные эффекты (без появления новых), одновременно повышая эффективность лечения. Эти свойства открывают возможности для развития новых стратегий лечения, таких как поддерживающая терапия.
Хотя у наночастиц для лечения раковых заболеваний много положительных черт, кое-что вызывает опасения.
Проникновение в опухоль очень важно, особенно когда наночастицы должны доставить молекулы лекарственного вещества к раковым клеткам до его распада. Требуется еще много работы, чтобы понять действие наночастиц в организме человека, поскольку многие результаты ранних исследований сейчас находятся под вопросом. К примеру, в случае с абраксаном есть свидетельства того, что предполагаемая доставка наночастиц может не являться истинным механизмом, ведущим к увеличению количества лекарственного вещества в опухоли (82).
Пример последнего феномена был опубликован совсем недавно: в этом исследовании нейтральные и несущие слегка отрицательный заряд наночастицы не изменяли неприкосновенности гематоэнцефалического барьера у крыс, в то время как сильно заряженные наночастицы оказывали на него воздействие невзирая на то, был ли их заряд положительным или отрицательным (88). Подобные исследования наводят на мысль о том, что необходима дальнейшая работа для полного определения биосовместимости наночастиц с организмом человека. Тщательный анализ токсичных свойств наночастиц на примере подопытных животных не обнаружил отрицательных эффектов у некоторых из этих наночастиц (например, у магнитных частиц размером 50 нанометров в оболочке из двуокиси кремния), зато была выявленая токсичность других (углеродных нанотрубок (90)). Как и ожидалось, размер и поверхностные свойства наночастиц обуславливают их поведение, и сейчас необходимо собрать больше данных, чтобы понять структурно-качественные отношения. Тем не менее, некоторые описанные в этой статье наночастицы прошли строгие испытания на токсичность, были одобрены и уже много лет используются для лечения людей. Хотя каждая новая наноструктура требует проверки, есть все основания полагать, что в конечном счете наночастицы станут эффективными лекарственными средствами и радиоактивными агентами (91,92). По мере накопления новой информации о биосовместимости знания о том, что необходимо для регуляции размера и поверхностных свойств наночастиц для обеспечения безопасного применения, помогут создать новые, более эффективные лекарства для систематического использования (93).
К примеру, CALAA-01 – это четырехкомпонентная система, объединенная в многофункциональной направленной наночастице, содержащей малую интерферирующую РНК. Эта многокомпонентная система сейчас проходит клинические испытания, и данный пример показывает, что сложные наночастицы могут производиться в надлежащих производственных условиях и отвечать нормативным требованиям, по крайней мере, для использования на начальных испытаниях первой фазы. Правда, неизвестно, смогут ли попасть столь сложные наночастицы на рынок. Кроме производственных затрат, следует учитывать и более высокую стоимость получения прав на интеллектуальную собственность, потому что для создания наночастицы требуется много компонентов, и каждый из них требует множества лицензий. Учитывая эти препятствия на пути коммерческого производства, можно сказать, что главной причиной является недостаток средств, и, скорее всего, именно поэтому готовый продукт будет стоить очень дорого.
Большие усилия сосредоточены на попытке совместить радиоактивные и лекарственные препараты в одной и той же частице. Хотя в некоторых ситуациях подобное совмещение может быть полезным, множество других случаев говорят об обратном. К примеру, применение радиоактивных веществ требуется не при каждом методе лечения, особенно если пациент получает лекарство каждый день или чаще.
Вводить в частицу дорогое радиоактивное вещество и не использовать его слишком затратно, учитывая все возрастающую стоимость лекарств. Кроме того, существует ряд нормативных и производственных вопросов, которые препятствуют коммерческому производству подобных комбинированных веществ. В данной ситуации альтернативой является создание индивидуальных наночастиц, несущих радиоактивные и лекарственные вещества, где размер и поверхностные свойства по сути одинаковы. Ближайшим аналогом такого сочетания можно назвать антитела, обладающие радионуклеотидом и другим веществом. Поскольку размер и поверхностные свойства отвечают за биораспределение, радиоактивный агент должен располагаться так же, как и лекарственный.
Этой общей цели можно достичь при использовании наночастиц с различными типами радиоактивных и лекарственных свойств. Можно представить наночастицу с радиоактивными агентами, которые устремляются к внутриклеточным целям. Установлено, что в организме до начала лечения существует молекулярный очаг заболевания, и как показали наблюдения за наночастицами, обладающими тем же размером и поверхностными свойствами, что и лекарственное вещество, терапия должна достигнуть цели. Это сочетание позволит создать индивидуальное лекарственное вещество в том смысле, что теперь не надо будет ждать, пока в организме обнаружится очаг заболевания. Можно также провести дополнительное обследование, чтобы удостоверится, что цель была достигнута и лекарство действует.
Вне всякого сомнения, в будущем ученые создадут лекарственные средства на основе наночастиц со все увеличивающейся многофункциональностью. По мере появления более современных и сложных наночастиц возникает необходимость создания новейших методик для определения биосовместимости, особенно это касается внутриклеточной биосовместимости.
В то время как подробности развития производства и производственных технологий обсуждаются не так часто, сложные наночастицы, такие как CALAA-01, показывают, что усилия, направленные на преодоление препятствий, связанных с нормативными и производственными вопросами, не пропали даром. Несмотря на большие сложности по переводу наночастиц из разряда опытных в разряд практических, преимущества использования, скорее всего, будут способствовать их дальнейшему развитию и появлению нового класса лекарств против рака.
|
в РФ и странах СНГ
Телефон 8−800−555−05−45 (Звонок по России бесплатный)
Официальный сайт компании www.foodingredients.ru
Смотри также
24 марта 2009 | 11:03
Предраковые заболевания женских половых органов
Предраковые заболевания – это такие заболевания, на основе которых возможно возникновение злокачественных новообразований. К предраковым заболеваниям наружных половых органов относят лейкоплакию и кауроз.
02 декабря 2008 | 10:12
Онкология начинается с малого
Практика показывает, что у 8 -10% женщин, не предъявляющих никаких жалоб, во время осмотра у гинеколога обнаруживаются различные заболевания, вплоть до онкологических. Гинекологи часто сетуют на то, что многие пациентки пренебрегают регулярными профилактическими осмотрами, а потом сталкиваются с большими проблемами.
05 ноября 2008 | 15:11
Отчего возникает рак шейки матки?
... В наше время, к сожалению, не все знают, что частая смена половых партнеров опасна не только заражением «нехорошими» инфекциями, но и возникновением у женщин такого грозного заболевания, как рак шейки матки.
05 ноября 2008 | 11:11
Профилактика рака. Ешьте чернослив, пейте вино и не кипятите воду по многу раз
Онкологи считают питание одним из самых главных факторов, способствующих возникновению раковых заболеваний. Его роль в развитии рака составляет от 34 до 37%.
27 октября 2008 | 10:10
Найдена вакцина от рака легких?
Говоря про растения нельзя, не сказать несколько слов об овсянице – интересное растение из семейства мятликовых. Она примечательна тем, что имеет очень «маленький рост», равный всего 10 сантимметров.
