Научная статья на тему 'Противоопухолевые эффекты in vitro и in vivo липидных композитов цисплатина и наночастиц ферромагнетика в углеродной оболочке'

Противоопухолевые эффекты in vitro и in vivo липидных композитов цисплатина и наночастиц ферромагнетика в углеродной оболочке Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
281
117
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АДЕНОКАРЦИНОМА ЭРЛИХА / ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ / МИЦЕЛЛЫ / ЦИТОСТАТИК / ADENOCARCINOMA / VIABILITY / MICELLES / CYTOSTATIC DRUG

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Антипов С. А., Федущак Т. А., Кокорев О. В., Геренг Е. А., Дамбаев Г. Ц.

Исследование посвящено изучению реакций клеток аденокарциномы Эрлиха в системе in vitro и in vivo при прямом контакте с композитами, выполненными на основе фосфолипидного концентрата, цисплатина и наноразмерного ферромагнетика в углеродной оболочке. Установлено, что противоопухолевый эффект композитов, с одной стороны, обусловлен прямым цитотоксическим, относительно избирательным действием на опухолевые клетки, а, с другой стороны, стимуляцией фиброза опухолевого узла. Предложенный биотехнологический подход с использованием низких доз цитостатика (1/10 ЛД50) и наноферромагнетика (2 мг/кг массы тела), может оказаться полезным в плане разработки магнитоуправляемых режимов для региональной иммуно-, биотерапии рака и его метастазов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Антипов С. А., Федущак Т. А., Кокорев О. В., Геренг Е. А., Дамбаев Г. Ц.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Antitumor in vitro and in vivo effects of lipid composites of cisplatin and ferromagnetic nanoparticles capsulated by carbonic coating

An investigation of in vitro and in vivo reaction of adenocarcinoma cells in conditions of direct contact with composites designed in a base of phospholipid concentrate, cisplatin and nanoparticles (diameter less than 10 nm) of iron capsulated by carbonic coating was the aim of paper. Their antitumor effect has been established to be conditioned by direct cytotoxic relatively elective action on malignant cell and, on the other hand, by stimulation of tumor node fibrosis. Proposed biotechnological approach that used low doses of cytostatic drug (1/10 LD50) and nanoferromagnetic particles (2 mg/kg) may be useful to design magnetocontrollable regimes for regional immuno(bio)therapy of cancer and its metastases.

Текст научной работы на тему «Противоопухолевые эффекты in vitro и in vivo липидных композитов цисплатина и наночастиц ферромагнетика в углеродной оболочке»

Противоопухолевые эффекты in vitro и in vivo липидных композитов цисплатина и наночастиц ферромагнетика в углеродной оболочке

Антипов С.А.1, Федущак Т.А.2, Кокорев О.В.3, Геренг Е.А.1, Дамбаев Г.Ц.1, Ермаков А.Е.4, Уймин М.А.4, Хлусов И.А.1

Antitumor in vitro and in vivo effects of lipid composites of cisplatin and ferromagnetic nanoparticles capsulated by carbonic coating

Antipov S.A., Feduschak T.A., Kokorev O.V., Gereng Ye.A., Dambayev G.Ts., Yermakov A. Ye., Uymin M.A., Khlusov I.A.

1 Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск

2 Институт химии нефти СО РАН, г. Томск

3 НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью формы при Томском государственном университете, г. Томск

4 Институт физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург

© Антипов С.А., Федущак Т.А., Кокорев О.В. и др.

Исследование посвящено изучению реакций клеток аденокарциномы Эрлиха в системе in vitro и in vivo при прямом контакте с композитами, выполненными на основе фосфолипидного концентрата, цисплатина и наноразмерного ферромагнетика в углеродной оболочке. Установлено, что противоопухолевый эффект композитов, с одной стороны, обусловлен прямым цитотоксическим, относительно избирательным действием на опухолевые клетки, а, с другой стороны, стимуляцией фиброза опухолевого узла. Предложенный биотехнологический подход с использованием низких доз цитостатика (1/10 ЛД50) и наноферромагнетика (2 мг/кг массы тела), может оказаться полезным в плане разработки магнитоуправляемых режимов для региональной иммуно-, биотерапии рака и его метастазов.

Ключевые слова: аденокарцинома Эрлиха, жизнеспособность, мицеллы, цитостатик.

An investigation of in vitro and in vivo reaction of adenocarcinoma cells in conditions of direct contact with composites designed in a base of phospholipid concentrate, cisplatin and nanoparticles (diameter less than 10 nm) of iron capsulated by carbonic coating was the aim of paper. Their antitumor effect has been established to be conditioned by direct cytotoxic relatively elective action on malignant cell and, on the other hand, by stimulation of tumor node fibrosis. Proposed biotechnological approach that used low doses of cytostatic drug (1/10 LD50) and nanoferromagnetic particles (2 mg/kg) may be useful to design magnetocontrollable regimes for regional immuno(bio)therapy of cancer and its metastases.

Key words: adenocarcinoma, viability, micelles, cytostatic drug.

УДК 615.277.3:577.352.2:537.622.4-022.532-032.3:57.085

Введение

В связи с разнообразием механизмов неоплазии существуют и многообразные подходы к противоопухолевой терапии. Одним из наиболее старых методов лечения злокачественных опухолей является биотерапия — метод лечения рака путем активизации естественных защитных механизмов или введения естественных полимерных молекул и антигенов [9], который включает главным образом иммунотерапию [9, 10]. В

настоящее время интерес к данному способу снова возрос по причине недостаточной эффективности существующих методов терапии при запущенных формах онкологических заболеваний [14].

Другим объяснением является вторичный иммунодефицит, характерный для онкологических пациентов [15] и выражающийся в снижении морфофунк-циональной активности Т-лимфоцитов, естественных киллеров, системы мононуклеарных фагоцитов, лимфо-

кинактивированных киллерных (ЛАК) клеток и других элементов, отвечающих за развитие противоопухолевой защиты. Большинство существующих в настоящее время методов лечения онкологических заболеваний (облучение, химиотерапия, массивные оперативные вмешательства) также индуцируют клеточную имму-носупрессию [4].

Одним из сложных и нерешенных вопросов противоопухолевой терапии является создание терапевтически эффективных локальных концентраций препаратов, регуляторных молекул и активированных имму-нокомпетентных клеток непосредственно в опухолевой ткани. Современные биотерапевтические подходы к системному и регионарному лечению онкологических заболеваний предполагают реализацию «адресной» доставки фармацевтических веществ. Она подразумевает применение нано- и микроразмерных носителей: полимерных и металлических наночастиц, липосом, ниосом, мицелл, квантовых точек, дендри-меров, микрокапсул, клеток, микрочастиц твердых жиров, липопротеинов [31].

Липосомальные системы как средства доставки лекарств и биологических молекул разрабатываются с 80-х гг. ХХ в. [2]. Липосомы, содержащие цитостати-ческие препараты, считаются перспективными с точки зрения понижения системной токсичности и так называемого пассивного нацеливания в опухолевую ткань [12]. Традиционным сырьем для изготовления липо-сомальных систем обычно являются высокоочищен-ный яичный фосфатидилхолин, фосфолипиды растительного и животного происхождения [1].

Включение в состав липосом наноразмерных ферромагнетиков позволяет получить их магнитоуправ-ляемые формы [6]. Носителями магнитных свойств чаще всего служат наноразмерные порошки железа, его гидроксиды или оксиды [3, 16]. Хорошо известно, что наночастицы и нанопорошки металлов характеризуются высокой реакционной способностью и каталитической активностью [11]. При этом такого рода на-ноферромагнетики обладают собственной токсичностью для клеток, тканей и компонентов биологических жидкостей [25], обусловленной их участием в свободно-радикальных процессах [8].

Не менее интересны и более просты в приготовлении магнитные жидкости на основе мицеллярных растворов биополимеров, лекарственных веществ и на-ноферромагнетиков. Их фармакологическая актив-

ность также является предметом пристального внимания исследователей [33]. Для мицеллярных систем, так же как и для липосом, реализуется эффект повышенной проницаемости и удержания в опухоли, за счет которого реализуется селективная доставка по механизму «пассивного нацеливания» [22].

Несмотря на достигнутые успехи, еще рано делать окончательные выводы в области нанотерапии рака. Хотя во многих случаях были показаны низкая токсичность и безопасность протоколов биотерапии, эффективность испытаний, выполненных в настоящее время, оставляет желать лучшего [32]. В связи с этим синтез и биологические свойства наноразмерных, магниточувст-вительных, липидных форм противоопухолевых препаратов вызывают несомненный научно-практический интерес.

Представляется вполне актуальным опробовать для медицинских целей наноферромагнетики с инертной относительно химических и биологических субстратов поверхностью. С этой точки зрения эффективными могут оказаться нанопорошки металлов, покрытые защитной углеродной оболочкой, которая предохраняет металлическое ядро от воздействия факторов окружающей среды. Литературные сведения о применении такого рода объектов в составе биологических систем весьма ограничены и касаются в основном химической модификации их поверхности [19].

Общепринятыми считаются три ключевые стратегии определения токсичности и биологической специфичности действия наноматериалов: исследование их физико-химических характеристик, а также анализ активности в условиях in vitro и in vivo [25].

Цель исследования — изучение реакции клеток аденокарциномы Эрлиха в системе in vitro и in vivo на введение композитов, изготовленных из фосфолипид-ного концентрата, цисплатина и наноразмерного ферромагнетика в углеродной оболочке.

Материал и методы

Наноразмерные порошки железа в углеродной оболочке Fe(C) были приготовлены путем испарения металла с последующей его конденсацией в потоке инертного газа, содержащего углеводороды. В процессе газофазного синтеза на поверхности частиц происходит высокотемпературный пиролиз углеводорода. Образующийся при этом углерод осаждается на поверхности наночастиц. Средний размер частиц

Fe(C), использованных в данной работе, не превышал 10 нм, согласно данным, полученным на электронном микроскопе JEOL-840.

Магнитные характеристики наноферромагнетиков определяли с помощью весов Фарадея. Начальный участок кривой намагничивания для Fe(C) сравнительно пологий, что связано с малыми размерами частиц и обусловленным этой малостью явлением суперпарамагнетизма.

Инфракрасные (ИК) спектры, записанные на ИК-спектрометре Фурье Nexus Nikolet N5700 в таблетках с KBr, показали отсутствие на поверхности Fe(C) функциональных групп.

Наличие кислотных центров на поверхности на-ноферромагнетика определяли методом термодесорбции газообразного аммиака [13]. Согласно спектрам термодесорбции, молекулы-зонды NH3 на гетерогенной поверхности нанопорошка Fe(C) не сорбируются.

Устойчивость нанопорошков относительно кислорода воздуха определена методом неизотермического окисления на воздухе в условиях программируемого нагрева (дериватограф Q-1500 D). Согласно данным дифференциального термического анализа, нарушение сплошности углеродного слоя на поверхности наноча-стиц железа происходит при температуре свыше 100 °С.

В рамановском спектре нанопорошка Fe(C) присутствуют два больших пика, что дает возможность предположить для углеродной оболочки присутствие в ней двух гибридных состояниий — sp3 и sp2. Толщина внешнего защитного слоя не превышает 1—2 нм.

Каталитическую активность нанопорошков относительно реакций, протекающих по свободно-радикальному механизму, оценивали по стандартной методике, разработанной в Институте химической физики РАН (г. Москва) на модельной реакции инициированного окисления изопропилбензола (кумола) при температуре 60 °С (инициатор АИБН, C8H12N4, азо-бис-изо-бутиронитрил, температура 60 °С; скорость инициирования wj = 6,8 • 10-8 л/(моль • с)). Измерения выполняли на микрокалориметре МКДП-2 (изготовлен в Институте химии нефти СО РАН (г. Томск), чувствительность регистрации теплового потока 10-6 Дж/см). Тепловые эффекты Q, зарегистрированные для образцов Fe(C), составили +11 • 105 + 2 Дж/с.

Нанодисперсии Fe(C) с раствором цитостатика (цисплатин-ЛЭНС) готовили в фосфатном буфере в присутствии фосфолипидного концентрата из хрома-

тографически очищенного соевого концентрата (NSP, Китай), содержащего (по результатам анализа методом тонкослойной хроматографии) 98% фосфатидилхо-лина, с помощью ультразвукового воздействия (ультразвуковой дезинтегратор UD-20, мощность 1—8 Вт/см2, частота 12 кГц) в среде фосфатного буфера.

Электронный спектр поглощения цисплатина после контакта с нанопорошком Fe(C) остается неизменным в течение 24 ч (спектрофотометр Uvikon 943, толщина слоя 1 мм). Стерилизацию образцов осуществляли на бетатроне СИНУС-2 (Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск).

Исследуемые системы (табл. 1) применяли in vitro и in vivo в разовой конечной дозе цисплатина, соответствующей по биологическому эффекту 1/10 средней летальной дозы (ЛД50).

Таблица 1

Исходный состав компонентов исследуемых композитов

Номер системы Изотонический раствор хлори- Цисплатин, 0,1 мг/мл Фосфатидилхо-лин, 2 мг/мл Нанопоро-шок Fe(C),

да натрия, 5 мл 0,2 мг/мл

1 2 + + + - -

3 + + + -

4 + + + +

В цитостатическом тесте in vitro в качестве клеток-мишеней применяли краткосрочную культуру клеток перевиваемой карциномы Эрлиха. Аденокар-цинома Эрлиха поддерживалась в асцитной форме на мышах линии С57В1/6 в НИИ фармакологии СО РАМН (г. Томск). Для исследований использовали популяции клеток, исходная жизнеспособность которых составляла не менее 90%.

Свежевыделенные опухолевые клетки, или спле-ноциты (5 • 105 клеток на лунку), инкубировали в 96 луночных планшетах (по восемь лунок на каждую группу) совместно с нанокомпозитами (табл. 1) в течение 24 ч при температуре 37 °С при 100%-й влажности с 5% СО2 в культуральной среде следующего состава: 95% среды RPMI-1640, 5% эмбриональной телячьей сыворотки, 280 мг/л L-глутамина. Для определения числа жизнеспособных клеток использовали краситель (0,4%-й раствор трипанового синего) и технику согласно международному стандарту ISO 10993-5.

Исследования in vivo проведены на 40 беспородных мышах обоего пола массой тела 18—22 г. Адено-

карцинома Эрлиха пассировалась в асцитной форме. Разовая доза перевивки в солидную форму (подкожно, нижняя конечность) составляла 5 • 106 клеток в 0,2 мл фосфатного буфера. Нанокомпозиты вводили местно (в область опухолевого роста) в 0,2 мл изотонического раствора хлорида натрия в течение 10 дней, начиная через 24 ч после перевивки опухоли.

На 28-е сут после перевивки опухоли животных умерщвляли под эфирным наркозом, оценивали массу тела мышей, массу и размер опухоли. Интегральную эффективность лечения определяли по относительной массе опухоли (ОМО) — отношению массы опухоли к массе тела животного (в процентах), торможению роста опухоли (ТРО) (в процентах) и количественной морфометрической оценке тонких срезов опухолевой ткани, окрашенных гематоксилином и эозином.

Статистическую обработку результатов проводили методами вариационной статистики с использованием возможностей программы Statistica 6.0 for Windows. Результаты представляли в виде X + m, где Х — выборочное среднее и m — ошибка среднего. На рис. 2 откладывали доверительный интервал. Сравнение средних величин изучаемых показателей проводили с помощью непараметрического ^/-критерия Манна— Уитни. Критический уровень значимости различий при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

Результаты

В современной литературе практически не освещены вопросы, касающиеся взаимосвязи физико-химических свойств наноразмерных порошков металлов и их биологической активности. Постановка эксперимента в данной работе была спланирована как попытка продвинуться в понимании химического состояния поверхности нанопорошка и его биологических свойств.

Тепловые эффекты, зарегистрированные для образца Fe(C) в модельной реакции окисления изопро-пилбензола, по уровню значений могут соответствовать физическим процессам смачивания и адсорбции, но не связаны с протеканием основной реакции. В соответствии с результатами по термопрограммиро-ванной десорбции аммиака, молекулы зонда NH3 также не сорбируются на поверхности данного образца.

ИК-спектры нанопорошка не показывают полосы функциональных групп. Следовательно, физико-химическое тестирование нанопорошка Fe(C) свиде-

тельствует об отсутствии активных центров, которые смогут обусловливать проявление реакционной способности в химических реакциях, протекающих по кислотному и свободно-радикальному механизмам. Вклад такого рода механизмов в реализацию биологических процессов весьма существенен.

Электронный спектр цитостатического препарата в составе нанодисперсии цисплатина и нанопорошка после выдерживания при температуре 37 °С в течение 24 ч не претерпевает изменений. По-видимому, не происходит изомеризации цисплатина в фармакологически неактивный транс-изомер. Данный факт дополнительно демонстрирует интактность металлического ядра Fe(C) в отношении химических факторов окружающей среды в биологических условиях.

Известно, что фосфолипиды являются веществами с амфифильной структурой. Дуализмом молекул обусловлена их самосборка в растворе, приводящая к образованию мицелл, в которых органические фрагменты молекул сближены так, что общая площадь контакта гидрофобных групп растворенной молекулы с водой уменьшена. Для водно-липидных систем в качестве основных типов структурной организации описаны ламеллярные (жидкокристаллическая и гелевая фазы), а также объемные гексагональные фазы [5]. Таким образом, сочетание наноразмерного ферромагнетика, фосфолипидного концентрата и цисплатина в составе единого композита будет предрасполагать к образованию мицеллярных растворов. При этом происходит первичное (ламеллярного типа) (рис. 1) и вторичное (объемное) структурирование липидного композита цисплатина с нанопорошком Fe(C) с относительно равномерным распределением наноферромагнетика в водно-липидной фазе. Полученные мицеллярные растворы липидных композитов при комнатной температуре сохраняли свою целостность без разделения фаз в течение нескольких суток.

Как следует из рис. 2, цисплатин в конечной дозе 1/10 ЛДйс) оказывал in vitro примерно одинаковое ци-тотоксическое действие на здоровые и опухолевые клетки, зафиксированное по увеличению проницаемости их цитоплазматических мембран для красителя. Последовательное добавление в систему фосфатидил-холина и наночастиц Fe(C) статистически значимо (более чем на 20%) повышало относительное количество погибших клеток аденокарциномы в сравнении со спленоцитами. Построение линий тренда (величина

линейной аппроксимации 0,96—0,99) при последовательном добавлении компонентов системы показало скорость прироста числа погибших опухолевых клеток 36% при 26% для иммунокомпетентных клеток.

Рис. 1. Электронная микрофотография липидного композита цисплатина и наночастиц железа в углеродной оболочке. Ув. 58 000. Определяется первичное (ламеллярного типа) структурирование липидного композита

-о 120 г

□ Аденокарцинома □ Сплеиоциты

Í

i

Номер системы

Рис. 2. Реакция клеток аденокарциномы Эрлиха и спленоцитов мыши на 24-часовое культивирование с липидными композитами цисплатина и наночастиц железа в углеродной оболочке. По оси абсцисс — исследуемые системы: 1 — 0,9%-й раствор №С1; 2 — 0,9%-й раствор №С1 и цисплатин; 3 — 0,9%-й раствор №С1, фосфо-липидный концентрат и цисплатин; 4 — 0,9%-й раствор №С1, фосфолипидный концентрат, цисплатин и Ре(С). Доверительный интервал р = 0,05

Таким образом, in vitro выявлена относительная избирательность токсического действия изучаемых композитов в отношении опухолевых клеток. Конечная концентрация Fe(C), использованная в системе in vitro и in vivo (2 мг/кг массы тела), является низкой. Аналогичные дозы (менее 10—50 мг/л) магнетита Fe3O4 с частицами диаметром 30—47 нм, согласно сообщению S.M. Hussain и соавт. [20], не влияют in vitro на клеточную морфологию, функцию митохондрий, образование активных форм кислорода и систему глутатиона. В то же время, как было указано выше, наночастицы Fe(C) при меньшем диаметре (не более 10 нм) в реакции с кумолом также не индуцируют свободно-радикальные процессы, что исключает реализацию их эффекта через оксидативный стресс.

Большинство существующих в настоящее время методов лечения онкологических заболеваний (облучение, химиотерапия, массивные оперативные вмешательства) индуцируют иммуносупрессию [4], что ухудшает эффективность лечения и прогноз заболевания. В связи с этим актуален поиск терапевтических решений, направленных на сохранение иммунной системы. Одним из направлений считается регионарное применение цитостатических препаратов и биологических молекул, позволяющее создать необходимые локальные концентрации действующих веществ без системного токсического эффекта.

В системе in vivo внутриопухолевое введение цис-платина вызывало статистически значимое 2—3-кратное уменьшение размеров и массы подкожного узла аденокарциномы Эрлиха (табл. 2). На 80% увеличивалась лейкоцитарная инфильтрация, однако железистая структура опухолевого узла сохранялась (рис. 3). Она построена из резко атипичных железистых трубочек, имеющих различные размеры и форму.

Таблица 2

Морфологические показатели подкожного роста аденокарциномы Эрлиха после курсового введения препаратов (Х ± т)

Группа (n = 10) Диаметр опухоли, см Относительная масса опухоли, % ТРО, % по массе опухоли ОМО, умноженная на площадь опухоли на срезе, % Площадь опухолевой ткани на срезе, % Площадь инфильтрата на срезе, % Площадь соединительной ткани на срезе, % Число клеток инородных тел на 1 мм2

1 2,44 ± 0,02 28,40 0 24,00 ± 1,70 83,00 ± 6,00 30,00 ± 3,00 0 96,58 ± 7,35

2 0,88 ± 0,06 8,40 78,00 7,20 ± 0,34 86,00 ± 4,00 54,00 ± 3,00 0 102,94 ± 10,52

Р1 < 0,01 Р1 < 0,01 Р1 < 0,01 Р1 < 0,01 Р1 < 0,01

3 2,36 ± 0,03 22,4 22,00 8,96 ± 0,67 40,00 ± 3,00 70,00 ± 3,00 0 311,74 ± 74,60

Р2 < 0,01 Р2 < 0,01 Р2 < 0,01 Р2 < 0,01 Р2 < 0,01 Р2 < 0,01 Р2 < 0,01

4 1,09 ± 0,05 6,70 81,00 2,21 ± 0,13 33 ± 2 13,00 ± 1,00 54 ± 2 Единичные

Р3 < 0,01 Р3 < 0,01 Р3 < 0,01 Р3 < 0,01 Р3 < 0,01 Р3 < 0,01

Примечание. n — число животных и срезов опухолевых узлов в каждой группе; p¡—p3 — указаны достоверные различия с величинами в группе, имеющей соответствующий номер; номер группы соответствует номеру системы в табл. 1.

Рис. 4. Морфологическая структура опухолевого узла после введения липидной формы цисплатина. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 700 Показатели массы, размеров и ТРО опухоли не коррелировали с площадью опухолевой ткани, выявленной на срезах, что позволило перемножить их вероятности и ввести новый показатель эффективности исследуемых групп (ОМО, умноженная на площадь опухоли на срезе). При этом на срезах опухолевой ткани в 3 раза увеличивалось число гигантских клеток (табл. 2).

Обсуждение

В последние годы чаще стали встречаться публикации о том, что наряду с естественными киллерами, естественными киллерными Т-клетками и цитотокси-ческими лимфоцитами CD8 (ЦТЛ) важнейшими эф-фекторными противоопухолевыми элементами являются макрофаги и дендритные клетки (ДК) [26]. Их дисфункция при раке не вызывает сомнения [15].

Идет поиск оптимальных интервалов для введения ДК [27], их активации in situ [18]. Раковая иммуносу-прессия, приводящая in vivo к гипо- и анергии ЦТЛ и нарушению миграции ДК в орган-мишень, обусловила идею внутриопухолевой доставки ДК [21]. Однако клиническая эффективность терапии была доказана только у 3 (19%) из 16 пациентов [30]. В итоге, по мнению О. Proudfoot и соавт., вакцинация ДК еще далека от терапевтического применения [28].

Эпителиоидные и гигантские многоядерные клетки инородных тел (ГМКИТ) являются активными участниками гранулематозного воспаления, тесно связанными с ДК, CD4-хелперами и фактором некроза опухоли (ФНО), с исходом в фиброз [17]. ФНО, наиболее эффективный противоопухолевый цитокин [2], способствует миграции моноцитов и образованию ГМКИТ [17, 34], которые, в свою очередь, секретируют ФНО в патологическом очаге [34], усиливают функции лимфоцитов и фибробла-стов [17]. Секреция ФНО и гранулематоз усиливаются тяжелыми металлами [29].

Описанные механизмы могут лежать в основе наиболее значительной противоопухолевой активности in vivo 4-й системы композитов, состоящих из ми-целлярной формы цитостатика с наночастицами пиро-углеродного железа. В сравнении с другими группами

Рис. 3. Морфологическая структура опухолевого узла после введения цисплатина. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 150

Железы выстланы цилиндрическим эпителием, местами многорядным. В некоторых атипичных железистых структурах наблюдается напластование клеток. В клетках опухолевой ткани определяется резко выраженный клеточный атипизм.

Рост размеров и массы опухолевого узла может быть связан не только с основным процессом, но и с реакцией организма, приводящей к отеку, инфильтрации, некрозу и склерозу патологического очага. В частности, это характерно для мицеллярной формы ци-тостатика (рис. 4). Так, 3-я система по морфологическим индексам (размер, масса опухолевого узла, ТРО) ухудшала, по гистологическим (площадь опухолевой ткани) — усиливала противоопухолевое действие цисплатина.

наблюдения обращал на себя внимание факт более чем 50%-го фиброза опухолевого узла (табл. 2, рис. 5) при малом количестве инфильтрата и ГМКИТ на гистологических срезах.

Рис. 5. Морфологическая структура опухолевого узла после введения липидного композита цисплатина и наночастиц железа в углеродной оболочке. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 150

Представленные результаты позволяют предположить ускорение созревания гранулем при попадании наночастиц железа в углеродной оболочке в очаг воспаления. В сочетании с данными, полученными in vitro, механизм противоопухолевого эффекта ультрамелкодисперсных липидных композитов цисплатина и наноразмерного ферромагнетика в углеродной оболочке обусловлен, с одной стороны, прямым цитоток-сическим действием на опухолевые клетки и, с другой стороны, стимуляцией клеток соединительной ткани. Предположительно, клетками-мишенями являются моноциты (макрофаги), которые способны активно захватывать липосомальные формы лекарственных веществ [7].

Диспропорция противоопухолевых (иммуннотокси-ческих) реакций при существующих классических и иммунобиотерапевтических схемах лечения сдерживает развитие современной онкологии. Например, результаты первой и второй фаз 32 клинических испытаний текущих методов иммунотерапии (аутологичные опухолевые клетки, пептидная вакцина, дендритные клетки, идиотипические антитела, вирусные вакцины и др.) у 527 пациентов с колоректальным раком, согласно критериям ВОЗ, показали их недостаточную специфическую активность. Гуморальный (клеточный) иммунный ответ отмечался в 59 (44%) случаях при стабилизации заболевания у 8,3% больных. Позитивный

клинический ответ (полный или частичный) на вакцинацию не превышал 1% случаев [24]. Требуется разработка и применение протоколов, направленных на кардинальное улучшение клинических результатов [23].

Заключение

Предложенный биотехнологический подход, использующий низкие дозы цитостатика и наноферро-магнетика, может оказаться полезным в плане разработки магнитоуправляемых режимов для региональной иммунобиотерапии рака и его метастазов.

Исследование выполнено при поддержке федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 гг.» (государственный контракт № 02.512.11.2285 от 10.03.2009).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Литература

1. Бабицкая С.В., Жукова М.В., Кисель М.А. и др. Инкапсулирование доксорубицина в липосомы, содержащие фосфатидилэтаноламин. Влияние на токсичность и накопление антибиотика в миокарде // Хим.-фармацевт. журн. 2006. № 3. C. 36—38.

2. Биологические методы лечения онкологических заболеваний: пер. с англ. / под ред. В.Т. де Вита, С. Хеллмана, С.А. Розенберга. М.: Медицина, 2002. 936 с.

3. Галанов А.И., Юрмазова Т.А., Савельев Г.Г. и др. Разработка магнитоуправляемой системы для доставки хими-опрепаратов на основе наноразмерных частиц железа // Сиб. онкол. журн. 2008. № 3. С. 50—57.

4. Гарин А.М., Базин И.С. Злокачественные опухоли пищеварительной системы. М.: Инфомедиа Паблишерз, 2003. 264 с.

5. Генис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. М.: Мир, 1997. 622 с.

6. Исмаилова Г.К., Ефременко В.И., Курегян А.Г. Биотехнология получения магнитоуправляемых липосом // Хим.-фармацевт. журн. 2005. Т. 39, № 7. С. 47—49.

7. Каплун А.П., Ле Банг Шон, Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Липосомы и другие наночастицы как средство доставки лекарственных веществ // Вопр. мед. химии. 1999. № 1. С. 3—12.

8. Лысцов В.Н., Мурзин Н.В. Проблемы безопасности нано-технологий. М.: МИФИ, 2007. 70 с.

9.Моисеенко В.М. Биотерапия солидных опухолей // Вопросы онкологии. 1998. Т. 44, № 1. С. 120—127.

10.Моисеенко В.М., Балдуева И.А., Хансон К.И. Вакцинотерапия злокачественных опухолей // Вопр. онкологии. 1999. Т. 45. № 3. С. 327—332.

11. Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Изд-во МГУ, 2003. 287 с.

12. Толчева Е.Е., Оборотова Н.А. Липосомы как транспортное средство для доставки биологически активных молекул

// Рос. биотерапевт. журн. 2006. № 1. Т. 5. С. 54—61.

13. Федущак Т.А., Ермаков А.Е., Уймин М.А. и др. Физико-химические свойства нанопорошков меди, полученных методами электрического взрыва проводника и газофазного синтеза // Журн. физ. химии. 2008. № 4. С. 708— 712.

14. Энциклопедия клинической онкологии / под ред. М.И. Давыдова. М., 2004. 1456 с.

15.Aloysius M.M., Takhar A., Robins A., Eremin O. Dendritic cell biology, dysfunction and immunotherapy in gastrointestinal cancers // Surgeon. 2006. V. 4, № 4. P. 195—210.

16. Babincova M., Cicmanec P., Altanerova V. et al. AC-magnetic field controlled drug release from magnetolipo-somes:design of a method for site-specific chemotherapy // Bioelectrochemistry. 2002. V. 55, issue 1—2. P. 17—19.

17. Biomaterials science: an introduction to materials in medicine. 2nd edition / Ed. by B.D. Ratner et al. San Diego: Elsevier Academic Press, 2004. 851 p.

18. Den Brok M.H., Nierkens S., Figdor C.G. et al. Dendritic cells: tools and targets for antitumor vaccination // Expert Rev. Vaccines. 2005. V. 4, № 5. P. 699—710.

19. Grass R.N., Athanassiou E.K., Stark W.J. Covalently Func-tionalized Cobalt Nanoparticles as a Platform for Magnetic Separations in Organic Synthesis // Angew. Chem. 2007. V. 46. P. 4909—4912.

20. Hussain S.M., Hess K.L., Gearhart J.M. et al. In vitro toxicity of nanoparticles in BRL 3A rat liver cells // Toxicol. in vitro. 2005. V. 19, № 7. P. 975—83.

21. Kanazawa M., Yoshihara K., Abel H. et al. Two case reports on intra-tumor injection therapy of dendritic cells // Gan. To Kagaki Ryoho. 2005. V. 32, № 11. P. 1571—1573.

22. Maeda H., Wu J., Sawa T. et al. Tumor vascular permeability and the EPR effect in macromolecular therapeutics: a review // J. Control. Release. 2000. V. 65. P. 271—284.

23. Marshall J.L. Novel vaccines for the treatment of gastrointestinal cancers // Oncology. 2005. V. 19. P. 1557—1565.

24. Nagorsen D., Thiel E. Clinical and immunologic responses to active specific cancer vaccines in human colorectal cancer // Clin. Cancer Res. 2006. V. 12, № 10. P. 3064—3069.

25. Oberdorster G., Oberdorster E., Oberdorster J. Nanotox-icology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles // Environ Health Perspect. 2005. V. 113, № 7. P. 823—839.

26. Oosterling S.J., van der Bij G.J., Mels A.K. et al. Perioperative IFN-alpha to avoid surgically induced immune suppression in colorectal cancer patients // Histol. Histopathol. 2006. V. 21, № 7. P. 753—760.

27. Park M.Y., Kim C.H., Sohn H.J. et al. The optimal interval for dendritic cell vaccination following adoptive T cell transfer is important for boosting potent anti-tumor immunity // Vaccine. 2007. V. 25, № 42. P. 7322—7330.

28. Proudfoot O., Pouniots D., Sheng K.C. et al. Dendritic cell vaccination // Expert Rev. Vaccines. 2007. V. 6, № 4. P. 617—633.

29. Rolfe M.W., Paine R., Davenport R.B., Strieter R.M. Hard metal pneumoconiosis and the association of tumor necrosis factor-alpha // Am. Rev. Respir. Dis. 1992. V. 146, № 6. P. 1600—1602.

30. Takeda T., Makita K., Okita K. et al. Intratumoral injection of immature dendritic cells (DC) for cancer patients // Gan. To Kagaki Ryoho. 2005. V. 32, № 11. P. 1574—1575.

31. Torchilin V.P. Targeted pharmaceutical nanocarriers for cancer therapy and imaging // The AAPS Journal. 2007. V. 9, № 2. P. 15.

32. Vogiatzi P., Cassone M., Claudio P.P. Personalizing gene therapy in gastric cancer // Drug News Perspect. 2006. V. 19, № 9. P. 533—540.

33. Wang J., Mongayt D., Torchilin V.P. Polymeric micelles for delivery of poorly soluble drugs: preparation and anticancer activity in vitro of paclitaxel incorporated into mixed micelles based on poly(ethylene glycol)-lipid conjugate and positively charged lipids // J. Drug. Target. 2005. V. 13. P. 73—80.

34. Yanagishita T., Watanabe D., Akita Y. et al. Construction of novel in vitro epithelioid cell granuloma model from mouse macrophage cell line // Arch Dermatol Res. 2007. V. 299, № 8. P. 399—403.

Поступила в редакцию 12.05.2009 г.

Утверждена к печати 22.12.2009 г.

Сведения об авторах

С.А. Антипов — канд. мед. наук, докторант кафедры госпитальной хирургии СибГМУ (г. Томск).

Т.А. Федущак — канд. хим. наук, научный сотрудник лаборатории каталитических превращений легких углеводородов нефти Института химии нефти СО РАН (г. Томск).

О.В. Кокорев — канд. мед. наук, зав. лабораторией клеточных технологий НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью формы при ТГУ (г. Томск).

Е.А. Геренг — канд. мед. наук, доцент кафедры морфологии и общей патологии СибГМУ (г. Томск).

Г.Ц. Дамбаев — д-р мед. наук, профессор, член-корреспондент РАМН, зав. кафедрой госпитальной хирургии СибГМУ (г. Томск).

А.Е. Ермаков — д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. лабораторией прикладного магнетизма Института физики металлов УрО РАН (г. Екатеринбург).

М.А. Уймин — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории прикладного магнетизма Института физики металлов УрО РАН (г. Екатеринбург).

И.А. Хлусов — д-р мед. наук, профессор кафедры морфологии и общей патологии СибГМУ (г. Томск).

Для корреспонденции

Хлусов Игорь Альбертович, тел. 8-913-823-39-62, e-mail: khl@ultranet.tomsk.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.