Vědci experimentují s novými způsoby, jak navrhnout léčbu rakoviny pomocí malých částic.

Když uslyšíte slovo „nanomedicína“, možná se vám vybaví scénáře jako ve filmu „Fantastická cesta“ z roku 1966. Ve filmu je zachycen lékařský tým, který se zmenší a na mikroskopické robotické lodi projíždí tělem muže, aby mu odstranil krevní sraženinu v mozku.

Nanomedicína zatím nedosáhla takové úrovně. Přestože vědci dokážou vytvářet nanomateriály menší než několik nanometrů – „nano“ označuje jednu miliardtinu metru – dnešní nanotechnologie ještě nedokázala vytvořit funkční elektronické roboty dostatečně malé na to, aby je bylo možné bezpečně vstříknout do krevního oběhu. Od doby, kdy byl koncept nanotechnologie v 70. letech 20. století poprvé představen, se však prosadil v mnoha výrobcích každodenní potřeby, včetně elektroniky, tkanin, potravin, procesů úpravy vody a vzduchu, kosmetiky a léků. Vzhledem k těmto úspěchům napříč různými obory mnozí lékařští výzkumníci toužili využít nanotechnologie k diagnostice a léčbě nemocí.

Jsem farmaceutický vědec, kterého nadchla naděje nanomedicíny, píše Duxin Sun pro The Conversation. Moje laboratoř pracovala v posledních 20 letech na vývoji léčby rakoviny pomocí nanomateriálů. Zatímco nanomedicína zaznamenala mnoho úspěchů, někteří výzkumníci, jako jsem já, byli zklamáni její celkovou neuspokojivou výkonností v léčbě rakoviny. Abychom lépe převedli úspěchy v laboratoři do léčby na klinice, navrhli jsme nový způsob navrhování léků proti rakovině pomocí nanomateriálů. Pomocí této strategie jsme vyvinuli léčbu, která dokázala dosáhnout úplné remise u myší s metastazující rakovinou prsu.

Co je nanomedicína?

Nanomedicína označuje použití materiálů v nanorozměrech k diagnostice a léčbě nemocí. Někteří vědci definují nanomedicínu jako léčebné přípravky využívající nanomateriály menší než 1 000 nanometrů. Jiní tento termín používají úžeji a označují jím injekční léčiva využívající nanočástice menší než 200 nanometrů. Cokoli většího nemusí být pro injekční aplikaci do krevního oběhu bezpečné.

Ve vakcínách bylo úspěšně použito několik nanomateriálů. Nejznámějšími příklady jsou dnes mRNA vakcíny Pfizer-BioNTech a Moderna proti COVID-19. V těchto vakcínách byly použity nanočástice vyrobené z lipidů nebo mastných kyselin, které pomáhají přenášet mRNA na místo, kam se má v těle dostat, aby vyvolala imunitní reakci.

Vědci také úspěšně využívají nanomateriály v diagnostice a lékařském zobrazování. Rychlé testy COVID-19 a těhotenské testy využívají nanočástice zlata k vytvoření barevného proužku, který označuje pozitivní výsledek. Při zobrazování magnetickou rezonancí neboli MRI se nanočástice často používají jako kontrastní látky, které pomáhají zviditelnit obraz.

Pro léčbu rakoviny bylo schváleno několik léků na bázi nanočástic. Doxil (doxorubicin) a Abraxane (paklitaxel) jsou chemoterapeutika, která využívají nanomateriály jako mechanismus přenosu pro zlepšení účinnosti léčby a snížení vedlejších účinků.

Rakovina a nanomedicína

Potenciál nanomedicíny zlepšit účinnost léku a snížit jeho toxicitu je atraktivní pro výzkumníky zabývající se léčbou rakoviny, která má často silné vedlejší účinky. Ve skutečnosti je 65 % klinických studií využívajících nanočásticezaměřeno na rakovinu.

Myšlenka je taková, že léky proti rakovině z nanočástic by mohly fungovat jako biologické střely, které ničí nádory a zároveň minimalizují poškození zdravých orgánů. Protože nádory mají netěsné cévy, vědci se domnívají, že by to umožnilo nanočásticím hromadit se v nádorech. A naopak, protože nanočástice mohou v krevním řečišti cirkulovat déle než tradiční protinádorová léčba, mohly by se méně hromadit ve zdravých orgánech a snižovat toxicitu.

Přestože tyto strategie návrhu byly úspěšné na myších modelech, u většiny nanočásticových léčiv proti rakoviněnebyla prokázána vyšší účinnost než u jiných léčiv proti rakovině. Navíc zatímco některá léčiva na bázi nanočástic mohou snížit toxicitu pro určité orgány, u jiných mohou toxicitu zvýšit. Například Doxil na bázi nanočástic sice snižuje poškození srdce ve srovnání s jinými možnostmi chemoterapie, ale může zvyšovat riziko vzniku syndromu ruka-noha (zarudnutí, otok a bolest dlaní a/nebo chodidel).

Zdokonalení léků proti rakovině na bázi nanočástic

Abychom prozkoumali možnosti, jak zlepšit navrhování léků proti rakovině na bázi nanočástic, zkoumali jsme s mým výzkumným týmem, jak dobře se pět schválených léků proti rakovině na bázi nanočástic hromadí v nádorech a jak se vyhýbají zdravým buňkám ve srovnání se stejnými léky proti rakovině bez nanočástic. Na základě výsledků naší laboratorní studie jsme navrhli, že navrhování nanočástic tak, aby byly specifičtější pro svůj zamýšlený cíl, by mohlo zlepšit jejich přenos ze zvířecích modelů na lidi. To zahrnuje vytvoření nanočástic, které řeší nedostatky konkrétního léku – například běžné vedlejší účinky – a zaměřují se na typy buněk, na které by měly být u jednotlivých typů rakoviny cíleny.

Na základě těchto kritérií jsme navrhli imunoterapii metastazujícího karcinomu prsu založenou na nanočásticích. Nejprve jsme zjistili, že rakovina prsu má typ imunitních buněk, které potlačují imunitní odpověď, což pomáhá rakovině stát se odolnou vůči léčbě, která stimuluje imunitní systém k útoku na nádory. Předpokládali jsme, že léky by sice mohly tuto rezistenci překonat, ale nejsou schopny se v těchto buňkách dostatečně akumulovat, aby uspěly. Proto jsme navrhli nanočástice vyrobené z běžného proteinu zvaného albumin, které by mohly dopravit léky proti rakovině přímo do míst, kde se tyto buňky potlačující imunitní systém nacházejí.

Když jsme naši léčbu na bázi nanočástic testovali na myších geneticky modifikovaných tak, aby měly rakovinu prsu, podařilo se nám nádor zlikvidovat a dosáhnout úplné remise. Všechny myši žily ještě 200 dní po narození. Doufáme, že se to nakonec přenese ze zvířecích modelů i na pacienty s rakovinou.

Světlá, ale realistická budoucnost nanomedicíny

Úspěch některých léků využívajících nanočástice, jako jsou mRNA vakcíny proti COVID-19, vyvolal mezi vědci i veřejností nadšení z jejich možného využití při léčbě různých dalších onemocnění, včetně úvah o budoucí vakcíně proti rakovině. Vakcína proti infekčnímu onemocnění však není totéž co vakcína proti rakovině. Vakcíny proti rakovině mohou vyžadovat odlišné strategie k překonání rezistence vůči léčbě. Injekce vakcíny na bázi nanočástic do krevního oběhu má také jiné konstrukční problémy než injekce do svalu.

Přestože obor nanomedicíny dosáhl značného pokroku při zavádění léků nebo diagnostik z laboratoře do klinické praxe, má před sebou ještě dlouhou cestu. Poučení z minulých úspěchů a neúspěchů může výzkumníkům pomoci vyvinout průlomové postupy, které nanomedicíně umožní naplnit její sliby.

O autorovi: Duxin Sun (profesor farmaceutických věd, Michiganská univerzita).

Zdroj: The Conversation, „Nanoparticles are the future of medicine – researchers are experimenting with new ways to design tiny particle treatments for cancer“ (04.05.2022)

Články zveřejněné v rubrice Trendy nemusejí vyjadřovat názor redakce.