Регистрация / Вход
Прислать материал

14.613.21.0015

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.613.21.0015
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Название доклада
Потенциальное участие конечных продуктов гликирования в патогенезе раковых заболеваний: новые мультифункциональные наноконструкции N-гликозилированной и N-гомоцистеинилированной форм альбумина для детекции и лечения рака
Докладчик
Годовикова Татьяна Сергеевна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования – разработка методологии получения на основе модифицированных форм альбумина новых мультифункциональных наноконструкций для тераностики злокачественных опухолей.
Задачи:
а) разработка на основе человеческого сывороточного альбумина терапевтических наноконструкций, снабженных флуоресцентной и 19F ЯМР метками, оптимальных для мультимодальной молекулярной визуализации злокачественных опухолей;
б) прижизненная молекулярная визуализация методами ЯМР 19F/МРТ глиобластомы U87, ортотопически ксенотрансплантированной мышам иммунодефицитной линии SCID;
в) прижизненная молекулярная флуоресцентная визуализация глиобластомы U87 человека, ортотопически ксенотрансплантированной мышам иммунодефицитной линии SCID;
г) оценка возможности применения оптимального тандема физических методов (19F ЯМР/МРТ и оптическая томография) для исследования фармакокинетики и фармакодинамики с использованием экспериментальных животных, инфильтрированных глиобластомой U87 человека;
д) исследование биологических эффектов мультифункциональных наноконструкций, разработанных на основе модифицированных форм альбумина.
Актуальность и новизна исследования
Онкологические заболевания представляют собой одну из самых значимых проблем глобального здравоохранения, которая затрагивает каждого члена современного общества вне зависимости от региона проживания и социально-экономического уровня. Широко известно, что злокачественные новообразования являются одной из основных причин смерти и инвалидизации населения развитых, а в последние годы и развивающихся стран. На сегодняшний день 1 из 7 смертей во всем мире происходит от рака.
В современной медицине стандартом лечения злокачественных новообразований является комплексный мультидисциплинарный подход, включающий хирургическое удаление опухоли с последующим применением адъювантных методов лучевого и химиотерапевтического воздействия. Однако, противоопухолевые препараты, включенные в химиотерапевтические схемы, приносят вред и здоровым клеткам. Перспективы дальнейшего успешного развития химиотерапии опухолевых заболеваний можно связать с разработкой препаратов, которые совмещая длительную циркуляцию, направленность на опухоль и контролируемое и своевременное высвобождение действующего вещества, будут иметь потенциал достигать тех уровней эффективности и безопасности, которые в настоящее время недостижимы для стандартной химиотерапии.
Настоящее исследование направлено на развитие методологии получения мультифункциональных наноконструкций для тераностики злокачественных опухолей, перемещение которых можно будет отслеживать в режиме реального времени, и которые будут «обучены» выслеживать раковые клетки, помечая их флуоресцентной и магнитно-резонансной меткой (ядра 19F), и уничтожать их посредством запрограммированного высвобождения химиотерапевтического препарата.
Описание исследования

Лидирующее место в структуре нейроонкологических заболеваний занимают глиобластомы – нейроэктодермальные опухоли головного мозга человека, заболеваемость которыми с каждым годом продолжает расти. Высокая социальная значимость этого заболевания требует создания чувствительных методов визуализации опухоли в мозгу. МРТ является в данном случае наиболее перспективной методикой, предоставляющей самые широкие диагностические возможности. Хотя в настоящее время в клинике используются надежные контрастные агенты для МРТ, до 45 % обнаруживаемых нарушений в мозге требуют гистологического подтверждения диагноза, и в незначительном количестве (4 %) глиом контрастирование не приводит к усилению сигнала. Поэтому по-прежнему существует потребность в создании новых контрастных агентов, усиливающих специфичность и эффективность контрастирования опухоли.

В рамках данной работы разрабатывался подход, основанный на прижизненной мультимодальной молекулярной визуализации наноконструкций в организме лабораторных животных, инфильтрированных опухолью, Необходимым условием мультимодальной молекулярной визуализации является наличие в терапевтической наноконструкции определенного набора модулей, которые обеспечивают возможность локализовать молекулярные составляющие и произвести соответствующие оценки препарата в организме экспериментальных животных с помощью оптимального тандема физических методов. В настоящем исследовании на основе человеческого сывороточного альбумина были разработаны терапевтические наноконструкции, снабженные флуоресцентной и 19F ЯМР метками. Сотрудниками ЦКП «SPF-виварий ИЦиГ СО РАН» была отработана модель ортотопической ксенотрансплантации клеток глиобластомы человека U87 экспериментальным животным, которая была использована в качестве in vivo экспериментальной модели для оценки возможности применения 19F МРТ и спектроскопии ЯМР на ядрах 19F в тандеме с флуоресцентной и компьютерной томографией для исследования фармакокинетики и фармакодинамики разработанных мультифункциональных наноконструкций.

Рост опухолевых клеток in situ сопровождается активным ангиогенезом, при этом известно, что в области опухоли отмечается нарушение гематоэнцефалического барьера, поскольку новообразованные сосуды имеют фенестированную стенку. Пролонгированное время циркуляции терапевтических наноконструкций на основе альбумина дает возможность использовать сосудистые дефекты солидных опухолей через феномен, известный как эффект повышенной проницаемости и удерживания (EPR-эффект) для пассивного накопления препарата в злокачественных опухолях. Кроме того, было показано, что аккумуляция наночастиц альбумина с лекарственным препаратом в опухолевых клетках может быть обусловлена трансцитозом в интерстициальное пространство опухоли, который инициируется связыванием альбумина с албондином (gp60 рецептор), с последующим взаимодействием с другим вектором – рецептором SPARC. Повышенная концентрация SPARC в опухоли, по сравнению со здоровыми тканями, обеспечивает избирательность доставки противоопухолевых наноконструкций, разработанных на основе человеческого сывороточного альбумина.

Применение МРТ для обнаружения опухоли и степени ее развития является общепринятым мировым подходом. Преимуществом ЯМР 19F является с одной стороны схожесть резонансных характеристик ядер фтора (470 MHz при 11,7 Тесла) и водорода (500 MHz при 11,7 Тесла), с другой стороны отсутствие фтора в большом количестве в организме живых существ. Положение терапевтической конструкции, содержащей 19F-ЯМР метку, детектировалось как «горячее пятно на холодном фоне». Комбинация 1H- и 19F-изображений в МРТ-анализе позволили получать трехмерную картину опухоли и место локализации молекулярного зонда в организме. Недостатком 19F МРТ является низкая чувствительность метода (10-3–10-4 М).

Поскольку разработанные мультифункциональные наноконструкции содержат флуоресцентную метку, использование гибридной система 3D оптической визуализации и компьютерной томографии (InSyTeFLECT/CT) позволило без нанесения вреда экспериментальным животным получить два изображения, путем наложения которых удалось четко локализовать лекарственный препарат в организме. На ограниченном числе мышей иммунодефицитной линии SCID, инфильтрированных глиобластомой U87 человека, были получены высокоинформативные сведения об основных характеристиках мультифункциональных наноконструкций, включая динамику накопления их в опухоли и распределение в организме.

Результаты исследования

В настоящей работе впервые, на основе человеческого сывороточного альбумина получены мультифункциональные наноконструкции, в составе которых присутствуют флуоресцентный краситель и химиотерапевтический агент, содержащий магнитно-резонансную метку (ядра 19F). Было обнаружено, что мультифункциональные наноконструкции, содержащие дополнительно в качестве адресующей и маскирующей молекулы остаток биотинилированного полиэтиленгликоля, менее эффективно подавляют размножение опухолевых клеток, чем пролекарства, не содержащие данного остатка.

С использованием мультифункциональных наноконструкций был разработан инновационный подход для детекции рака. В основе подхода лежит система прижизненной мультимодальной визуализации анатомических структур, маркированных путем доставки экзогенных меток (19F ЯМР метка и флуорофор) в составе мультифункциональных наноконструкций.

В настоящее время ряд наноконструкций на основе человеческого сывороточного альбумина окончательно утвердились как лекарственные и диагностические препараты, успешные как в клиническом, так и в коммерческом плане (Larsen, M. T., 2016). На данный момент для тераностики злокачественных опухолей на основе человеческого сывороточного альбумина разработаны и проходят испытания терапевтические конструкции, для визуализации которых используют: а) методы детектирования радиоактивного излучения (SPECT и ПЭТ); б) метод магнитно-резонансной томографии на ядрах 1Н. Методы SPECT и ПЭТ обладают чувствительностью в наномолярном диапазоне, но они ограничены пространственным разрешением, не говоря уже о таком их недостатке, как ионизирующее излучение. Ограничения на применение конъюгатов альбумина с комплексами гадолиния (III) для медицинской диагностики методом 1Н МРТ накладывают: а) необходимость проведения сложного многостадийного химического синтеза; б) высокая цена; в) высвобождение из хелатных комплексов в кровеносное русло высокотоксичных ионов Gd3.

Разработанная в настоящей работе система мультимодальной молекулярной визуализации злокачественных опухолей позволяет получать подробную информации об опухоли, что крайне необходимо для выбора подходящей стратегии лечения (предоперационная диагностика) и определения точной локализации злокачественных областей при хирургическом вмешательстве (интраоперационная диагностика). Это особенно остро требуется в случае опухолей головного мозга, для которых полностью хирургически удалить опухоли довольно трудно. Хирургия мозга, использующая метод флуоресцентной томографии, является новым признанным методом лечении пациентов с глиомой. На данный момент для таких (интраоперационных) приложений метода томографии разработан препарат AFL-HSA – конъюгат альбумина с аминофлуоресцеином. Несмотря на сложности, обусловленные ограниченным проникновением в ткани флуоресцентного сигнала, известны примеры терапии с его применением (Kremer, P. 2009; Ding, R. 2011; Acerbi, F. 2014). Однако стоит отметить, что описанные оптические методы диагностики малоприменимы для клинических исследований ввиду ограничения по глубине детекции мишени. Сочетание флуоресцентной визуализации in vivo с методами компьютерной томографии (CT) и магнитно-резонансной томографии, предложенное в настоящей работе, позволяет существенно улучшить разрешение и глубину визуализации опухоли.

Практическая значимость исследования
Экономические потери при онкологии обусловлены значительными затратами на страхование и социальное обеспечение пациентов в связи с высокой стоимостью лечения, профилактических и реабилитационных мероприятий, длительной, часто необратимой, утратой трудоспособности. Несмотря на то, что за счет внедрения новых технологий ранней диагностики и лечения опухолей, смертность при многих видах онкологических заболеваний снижается, ее уровни для ряда опухолей остаются прежними. В первую очередь, это касается метастазов рака различной локализации в головной мозг и злокачественной глиомы головного мозга. На момент постановки диагноза внутримозговая опухоль, как правило, уже имеет большой объем и обширное распространение. В современной нейроонкологической практике стандартом лечения этих новообразований является комплексный мультидисциплинарный подход, включающий хирургическое удаление опухоли с последующим применением адъювантных методов лучевого и химиотерапевтического воздействия. Доказанным является факт, что радикальное удаление злокачественной внутримозговой опухоли приводит к лучшему восстановлению функций мозга и более эффективному применению лучевой и химиотерапии. Неполное удаление новообразования существенно снижает качество и продолжительность жизни пациентов. Определение границ распространения опухоли позволяет: достичь наиболее полного ее удаления и снизить риск фатальных осложнений, которые могут возникать в ходе операции от механических повреждений сосудов и окружающей опухоль здоровой ткани. Разработанная система прижизненной мультимодальной молекулярной визуализации злокачественных опухолей, маркированных путем доставки экзогенных меток (19F ЯМР метки и флуорофор) в составе мультифункциональных наноконструкций, значительно повысит степень радикальности их удаления и одновременно безопасности хирургического этапа лечения. Более того, наличие в составе наноконструкции противоопухолевого агента, содержащего 19F ЯМР метку, обеспечит контролируемое химиотерапевтического воздействия. Это позволит улучшить качество и продолжительность жизни пациентов с злокачественными новообразованиями головного мозга. Такие визуализирующие системы могут быть успешно использованы и в других областях хирургической онкологии.
Постер

Poster_Godovikova.ppt