CC BY
123
4 Щ ОБЗОР
УДК 616-006-092.9:612.57:577.352.2:615.015.4 E.V. Tazina, N.A. Oborotova SELECTIVE DRUG DELIVERY TO TUMOR BY THERMOSENSITIVE LIPOSOMES AND LOCAL HYPERTHERMIA N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center RAMS, Moscow ABSTRACT Physiological properties of tumor microvasculature and an opportunity of application of thermosensitive liposomes in combination with local hyperthermia for tumor therapy are considered in the present review. Liposomes are well-known carriers for anticancer agents. There are several reasons of using of heat-sensitive liposomes in combination with local hyperthermia. First, hyperthermia increases the extravasation of liposomes out of tumor microvasculature. As a result, liposomes can be selectively accumulated in the heated tumor region. Second, elevated temperature (~ 43 °C) makes it possible to trigger drug release from thermosensitive liposomes. Lastly, hyperthermia itself can be directly cytotoxic. Thus, the therapeutic benefits from liposomes and hyperthermia individually, coupled with the potential advantages seen by their combination, make the use of the two modalities together an attractive method for selective drug delivery to tumors. Key words: thermosensitive liposomes, enhanced permeability and retention effect, local hyperthermia, tumor microvasculature, doxorubicin. E.B. Тазина, Н.А. Оборотова СЕЛЕКТИВНАЯ ДОСТАВКА ПРЕПАРАТОВ В ОПУХОЛЬ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЛИПОСОМ И ЛОКАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕРМИИ ГУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва РЕЗЮМЕ В данном обзоре рассматриваются особенности опухолевой микроциркуляции и возможности применения термочувствительных липосом в комбинации с локальной гипертермией для терапии опухолей. Липосо-мы - известные носители противоопухолевых препаратов. Существуют несколько причин использования липосом, чувствительных к нагреванию, в комбинации с локальной гипертермией. Во-первых, гипертермия увеличивает проникновение липосом из кровеносных сосудов в опухоль, в результате липосомы могут избирательно накапливаться в прогреваемом участке опухоли. Во-вторых, повышенная температура (~ 43 °C) способствует триггерному высвобождению препарата из термочувствительных липосом. В-третьих, гипертермия оказывает прямое цитотоксическое действие на опухолевые клетки. Таким образом, терапевтический эффект, возникающий при использовании липосом и локальной гипертермии по отдельности, а также потенциальный эффект, наблюдаемый при их совместном применении, делают этот подход привлекательным для селективной доставки препаратов в опухоль. Ключевые слова: термочувствительные липосомы, эффект повышенной проницаемости и удерживания, локальная гипертермия, микроциркуляция в опухоли, доксорубицин. ВВЕДЕНИЕ рапия. В клинике, особенно при лечении солидных Хотя в последние годы клинический арсенал ме- опухолей, химиотерапию чаще используют как один тодов лечения рака заметно расширился, основными из компонентов комплексного лечения, сочетают с подходами остаются хирургия, облучение и химиоте- оперативным лечением, лучевой терапией и методами
иммунотерапии. В химиотерапии злокачественных опухолей применяются лекарственные средства, прежде всего, направленные на необратимое повреждение опухолевой клетки. Однако существующие лекарственные препараты не обладают достаточной избирательностью противоопухолевого действия и оказывают нежелательное цитотоксическое влияние на нормальные интенсивно пролиферирующие ткани. Поэтому значительная доля исследований сфокусирована на улучшении эффективности химиотерапии, которая часто является единственной надеждой на лечение больных раком [15]. Одним из направлений повышения эффективности лекарственной терапии опухолей является увеличение избирательности действия на опухолевые клетки новых препаратов и использование современных фармацевтических технологий для разработки систем регулируемого транспорта хорошо известных противоопухолевых соединений. Подобные коллоидные системы - микроконтейнеры - способствуют селективному накоплению препаратов в опухоли.
ОСОБЕННОСТИ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ В ОПУХОЛИ
Эндотелиальные клетки опухолевых сосудов пролиферируют в 30-40 раз быстрее, чем эндотелиальные клетки сосудов нормальных тканей. Из-за высоких потребностей в кислороде, питательных веществах, газовом обмене и удалении продуктов метаболизма растущие опухоли создают хаотически расположенные капилляры с очень высокой проницаемостью. Для капилляров солидных опухолей характерны большие поры между эндотелиальными клетками (от 380-780 нм до 1,2 мкм в зависимости от типа опухоли), что приводит к повышенной проницаемости опухолевых капилляров по сравнению с капиллярами в нормальных тканях. Последние обнаруживают функциональную проницаемость при размере пор около 7 нм. Очевидная разница в проницаемости кровеносных сосудов нормальных тканей и опухолей является положительным фактором, создающим возможность накопления в опухоли микроконтейнеров, например, липо-сом, которые не проникают через эндотелиальный барьер в здоровых тканях, но эффективно проникают в опухоль. Однако разные участки одной и той же опухоли могут отличаться по скорости и степени проникновения липосом, что создает барьер для эффективной химиотерапии [29].
Хаотично расположенные опухолевые капилляры с областями низкого кровоснабжения создают другой барьер на пути однородной доставки лекарственных препаратов в опухолевые клетки. Периферия опухоли
- самая васкуляризованная область, тогда как центр опухоли обычно плохо васкуляризован и потому нек-ротизирован. Опухолевые клетки выживают на расстоянии примерно 110 мкм от кровеносного сосуда. Для того, чтобы все опухолевые клетки получили достаточное количество препарата, молекулы препарата или загруженные препаратом липосомы должны
пройти через интерстициальное пространство опухоли к отдаленным клеткам. Этот процесс затруднен вследствие высокого интерстициального давления среды, которое гораздо выше в опухолях, чем в окружающих нормальных тканях. Интерстициальное давление среды зависит от размера опухоли и ее расположения, с градиентом от центра опухоли к периферии. Чем больше опухоль, тем выше интерстициальное давление среды [6]. Но давление в опухолевых капиллярах также на 1-2 порядка выше, чем в нормальных тканях [5; 6; 9; 55], что облегчает проникновение в ткань липосом. Таким образом, липосомы способны преодолевать вышеуказанные барьеры и избирательно накапливаться в опухоли.
ЭФФЕКТ ПОВЫШЕННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И УДЕРЖИВАНИЯ КАК ОСНОВА НАЦЕЛИВАНИЯ ЛИПОСОМ НА ОПУХОЛЬ
Стерически стабилизированные липосомы содержат на своей поверхности блоки полиэтиленоксида, которые препятствуют опсонизации липосом, уменьшают их распознавание клетками ретикулоэндотели-альной системы (РЭС) и увеличивают время циркуляции в кровотоке [46]. Пролонгированное время циркуляции липосом дает возможность использовать сосудистые дефекты солидных опухолей через феномен, известный как эффект повышенной проницаемости и удерживания (EPR-эффект), впервые сформулированный H. Maeda et al. [14; 22; 43]. Из-за дефектности опухолевых сосудов макромолекулярные препараты и загруженные препаратом липосомы избирательно накапливаются в опухоли. Кроме того, низкий лимфатический отток из опухоли пролонгирует время пребывания в ней липосом. Гиперваскуляризация, неполная сосудистая архитектура, секреция факторов сосудистой проницаемости и небольшой ток макромолекул и частиц являются основой EPR-эффекта [12; 34; 58]. Использование методов селективного нацеливания липосомальных препаратов на солидные опухоли приводит к повышению терапевтической эффективности вследствие более существенного накопления препарата в опухоли и уменьшения побочных эффектов по сравнению с обычными низкомолекулярными препаратами.
ГИПЕРТЕРМИЯ КАК КОМПОНЕНТ КОМБИНИРОВАННОГО ЛЕЧЕНИЯ
На протяжении многих лет вопрос о применении температурного фактора при лечении злокачественных опухолей оставался дискуссионным. Гипертермия неоднократно привлекала внимание онкологов. Первое сообщение о тормозящем воздействии на опухоль лихорадки, вызванной малярией, сделал de Kizowitz в 1779 г. Позже W. Busch (1866) отметил полное исчезновение гистологически подтвержденной саркомы у больного после перенесенного рожистого воспаления. В последующие годы подобные сообщения начали встречаться чаще: указывалось на ликви-
дацию неоперабельных меланом, хорионэпителиом, костных сарком и других опухолей после инфекционных заболеваний, протекавших с высокой температурой. Однако после Второй мировой войны гипертермия отошла на задний план вследствие впечатляющих успехов сначала лучевой, а затем и химиотерапии. В начале 70-х гг. появились данные о возможности усиления лучевого поражения клеток путем комбинирования ионизирующего излучения с гипертермическим воздействием; это вновь привлекло внимание исследователей к использованию локального прогревания в онкологии, а полученные вскоре результаты позволили провести в 1975 г. в Вашингтоне международный симпозиум по лечению рака облучением и высокой температурой.
Выделяют 3 температурные зоны гипертермии:
- когда опухоль прогревается до 38-40 °С, возможно усиление ее роста;
- при достижении температурного интервала 40-
42 °С происходит сенсибилизация опухоли к химиопрепаратам и ионизирующему излучению;
- при прогреве опухоли свыше 43-44 °С наблюдается гибель опухолевых клеток.
Экспозиционные режимы повреждения опухоли составляют при 42 °С 120 мин, при 43 °С - 60 мин, при 44 °С - 30 мин, а при 45 °С - всего 15 мин. Соответствующие режимы для нормальных тканей вдвое больше, что свидетельствует об их большей термоустойчивости. Таким образом, в действии гипертермии важна не только максимальная температура, но и «доза тепла», которая определяется как температурой, так и продолжительностью нагрева. В условиях гипертермии происходит нарушение синтеза нуклеиновых кислот и белка, ингибируется тканевое дыхание, что приводит к активации лизосомальных ферментов. Изменение целого ряда биохимических процессов в опухолевых клетках повышает чувствительность опухоли к воздействию ионизирующего излучения и противоопухолевых лекарственных препаратов.
Противоопухолевая химиотерапия применяется обычно для лечения диссеминированных злокачественных опухолей, когда имеется уже значительная поломка защитных механизмов организма. Гипертермия усиливает повреждение опухолевых тканей при одновременном воздействии высокой температуры и цитостатиков и при этом не приводит к снижению иммунитета. Противоопухолевый эффект многих лекарственных веществ зависит от фазы клеточного цикла. После митоза (М) наступает фаза G1 (1-я фаза покоя), за ней следует фаза Б, в которой происходит синтез ДНК, и фаза G2 (2-я фаза покоя). Во время фаз G1 и G2 синтез ДНК для размножения клеток не происходит, а синтез РНК и белка протекает нормально. Описана также дополнительная фаза покоя Go (клетки, временно выходящие из цикла, но сохраняющие способность к делению). Средняя продолжительность клеточного цикла в перевивных опухолях у животных составляет 12-20 ч, в опухолях человека - от 20 до 60 ч. Из перечисленных фаз М, Б и G2 относительно
постоянны во времени, тогда как продолжительность фазы G1 различна. При высокой пролиферативной активности опухоли она значительно короче, чем при низкой. Выделяют несколько периодов повышенной чувствительности нормальных и опухолевых клеток к действию противоопухолевых соединений, ингибиторов синтеза нуклеиновых кислот и белков. Наиболее уязвимой для действия цитостатиков (в особенности пуриновых и пиримидиновых антиметаболитов) является фаза Б. Митотические яды (винкристин, винбла-стин и колхамин) влияют в основном на фазу М, метотрексат - на Б и G1. Алкилирующие агенты действуют на все фазы цикла. В исследованиях чувствительности клеток, находящихся в различных фазах клеточного цикла, к гипертермии было выяснено, что клетки в фазе G1 относительно устойчивы к нагреванию. Наиболее чувствительны к гипертермии клетки, находящиеся в митозе и в фазе Б, причем это наблюдается при температуре 43,5 °С. При более высоких температурах различия сглаживаются. При 47 °С разница в чувствительности по фазам отсутствует [1].
Экспериментальные данные показали, что под влиянием гипертермии происходит значительное усиление противоопухолевого действия ряда химиотерапевтических средств. Была продемонстрирована эффективность локальной гипертермии (43 °С) в комбинации с блеомицином для лечения саркомы-180 у мышей [57]. Алкилирующие агенты (нитромин [53]), антибиотики (адриамицин [24], блеомицин [7], акти-номицин D [66]) или нитрозомочевины (БХНМ [56]) вместе с гипертермией (42-43 °С) также увеличивали противоопухолевый ответ у животных.
При использовании платиновых соединений и ал-килирующих соединений типа циклофосфана в сочетании с нагревом в интервале 37-40,5 °С цитотоксичность повышается линейно (дополняющий эффект термохимиотерапии). Цитотоксичность большинства антиметаболитов (5-фторурацил), винкаалкалоидов и таксанов не изменяется при нагревании (независимый эффект термохимиотерапии), тогда как антрациклин доксорубицин имеет температурный порог (пороговозависимый эффект термохимиотерапии) [28].
В настоящее время следует считать установленным, что противоопухолевый эффект термохимиотерапии связан с угнетением механизмов репарации, повышенной способностью химиопрепарата проникать через клеточные мембраны. Степень эффекта зависит от особенностей метаболизма опухоли, применяемого цитостатика и последовательности воздействия модификаторов.
Таким образом, экспериментальные и клинические данные подтверждают целесообразность сочетания химиотерапевтических средств (алкилирующих агентов, антибиотиков) и гипертермии при лечении опухолей. Это положение становится еще более существенным, если учесть, что к химиотерапии особенно чувствительны быстрорастущие опухоли (например, агрессивные лимфомы), а к гипертермии - медленно пролиферирующие. Влияние гипертермии на транс-
мембранный перенос и метаболизм химиопрепаратов приводит во многих случаях к преодолению лекарственной устойчивости.
ДОКСИЛ И ЛОКАЛЬНАЯ ГИПЕРТЕРМИЯ
Цель работы R. Ben-Yosef et al. [4] заключалась в том, чтобы на перевиваемых опухолях мышей подтвердить эффективность доксорубицина, инкапсулированного в липосомы (доксил), в комбинации с гипертермией по сравнению с действием одного докси-ла, а также изучить зависимость эффекта от продолжительности гипертермии. Опухолевые клетки легких M/109 трансплантировали самкам мышей Balb/c в обе лапы. Спустя 2 нед в/в вводили доксил в дозе 8 мг/кг. Продолжительность гипертермии составляла 5 мин или 30 мин (ГТ5 и ГТ30 соответственно). Гипертермию проводили в течение последующих 2 нед с 2-3дневным перерывом, при этом прогревали только левую лапу. Между группой, получавшей доксил, и группой, которой проводили лечение доксил-ГТ5, не было заметных отличий по объему и массе опухоли. Уменьшение массы, но не объема опухоли наблюдали в группе мышей, которым проводили лечение доксил-ГТ30, по сравнению с группами доксил и доксил-ГТ5. Однако разницы в массе обеих лап у мышей, которым проводили лечение доксил-ГТ30, отмечено не было. Эти данные предполагают наличие системного воздействия гипертермии (увеличивающей кровоснабжение обеих лап) и возможно большего некроза в опухоли (инициирующего уменьшение массы, но не объема опухоли). Хотя выполненная работа имеет свои ограничения, результаты свидетельствуют о большей эффективности комбинированного лечения доксил-ГТ30 на данной опухолевой модели и необходимости более продолжительной гипертермии.
ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЛИПОСОМЫ В КОМБИНАЦИИ С ЛОКАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕРМИЕЙ
Термолипосомы впервые были описаны в 1978 г. M.B. Yatvin, J.N. Weinstein et al. [62; 65]. С тех пор были предложены разные составы липосом, чувствительных к нагреванию в пределах 43-45 °С [18; 48]. В экспериментах на животных была показана повышенная противоопухолевая активность термолипосом в комбинации с локальной гипертермией [32; 36; 38; 45; 47; 59], а также их усиленное накопление в привитых опухолях [19; 20; 49].
При температуре 41-43 °С гипертермия увеличивает кровоток [37], оксигенацию [30] и проницаемость опухолевых сосудов для антител [11; 27; 31; 52], фер-ритина [16] и красителей [41]. Более специфично гипертермия действует на термолипосомы. Сначала она облегчает проникновение термолипосом в прогреваемую опухоль, а затем вызывает контролируемое высвобождение из них препарата [18; 39; 40]. Обычно термолипосомы получают из 1,2-дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (DPPC), так как этот липид пе-
реходит из геля в жидкое состояние при Tm = 41,5 °C [17; 44; 48]. В этом переходном состоянии липидного бислоя пассивное проникновение ионов заметно увеличивается [50]. Высвобождение препарата происходит в основном ниже главного пика фазового перехода в цикле нагревания [48]. Поэтому чтобы повысить температуру фазового перехода [17; 44; 48], DPPC часто смешивают с 1,2-дистеароил-sn-глицеро-3-фосфохолином (DSPC; Tm = 56,0 °C). Амфифильный полиэтиленгликоль (ПЭГ), присоединенный к липиду [38; 48], или ганглиозид монозиалоганглиозид GM] [44] используются для предотвращения быстрой оп-сонизации и захвата термолипосом РЭС.
D. Needham et al. [47] изучали 3 липосомальные формы доксорубицина:
- нетермочувствительные липосомы, состоявшие из гидрогенированного соевого sn-глицеро^-фосфохолина (HSPC), холестерина и пэгилированного дистеароилфосфатидилэтаноламина (DSPE-PEG-2000) в молярном соотношении 75:50:3 [18];
- традиционные термочувствительные липосомы, состоявшие из DPPC, HSPC, холестерина и DSPE-PEG-2000 в молярном соотношении 100:50:30:6 [17];
- лизолецитин-содержащие термочувствительные
липосомы (ЛТЛ), состоявшие из DPPC, 1-пальмитоил-2-гидрокси^-глицеро-3-фосфохолина (MPPC) и
DSPE-PEG-2000 в молярном соотношении 90:10:4.
Их исследование было направлено на разработку новой термочувствительной системы доставки доксо-рубицина, оптимальной как для умеренной гипертермии (39-40 °C), легко достижимой в клинике, так и для быстрого высвобождения препарата (десятки секунд). В проведенных опытах ЛТЛ высвобождали ~ 45 % доксорубицина за 20 сек при 42 °С по сравнению с высвобождением 20 % препарата в течение 1 ч в случае липосом, содержавших чистый DPPC.
Увеличение высвобождения инкапсулированного препарата из липосом зависит от 2 свойств их липидного бислоя:
- повышенной проницаемости бислоя при температуре фазового перехода липидов (Tm) из геля в жидкокристаллическое состояние по сравнению с твердой или жидкой фазой;
- способности водорастворимого лизолипида (MPPC) десорбироваться с поверхности бислоя, так как главный липид (DPPC) начинает плавиться.
На модели сквамозной эпителиомы человека (FaDu) новые липосомы в комбинации с умеренной гипертермией оказались гораздо эффективнее, чем свободный препарат или другие липосомальные формы, показав у 11 из 11 животных полные регрессии, продолжавшиеся до 60 дней после лечения.
Q.I. Zhang и Y.-J. Deng [70] предложили использовать для получения термочувствительных липосом природный липид - соевый фосфохолин (SPC) и холестерин. С помощью диализа in vitro изучалось поведение липосом с разным соотношением SPC и холестерина после инкапсулирования противоопухолевого препарата 5-фторурацила. При соотношении SPC и
холестерина 8:1 и температуре 40 °С липосомы высвобождали большую часть инкапсулированного препарата. Дифференциальная сканирующая калориметрия также показала, что температура фазового перехода липидов из геля в жидкокристаллическое состояние составляет около 40 °C.
Исследование B. Tiwari Sandip et al. [54] было направлено на получение термочувствительных ли-посом с метотрексатом из синтетических липидов DPPC и DSPC, а также на оценку эффективности полученной липосомальной формы в комбинации с локальной гипертермией как двойного способа лечения меланомы B16F1 у мышей. Приготовленные термолипосомы захватывали около 52 % метотрексата. Максимальное высвобождение метотрексата in vitro (83 %) наблюдали при 42 °C, а высвобождение менее 5 % - при температуре ниже 37 °C. Как обнаружили, это происходило из-за того, что температура фазового перехода фосфолипидов составляет 41,4 °С [42]. Липосомы, содержавшие метотрексат, вводили мышам линии C57BL/6J с меланомой B16F1 в/в в дозе 12 мг/кг массы тела. Сразу же после введения липосом опухоль нагревали на водяной бане при
43 °С в течение 30 мин или 1 ч. Желаемой температуры в опухоли достигали за 5 мин. Термочувствительные липосомы с метотрексатом и локальная гипертермия способствовали торможению роста опухоли, что выражалось в увеличении времени удвоения объема опухоли. Цитотоксический эффект гипертермии по отношению к опухоли объяснялся изменениями ее кровоснабжения [23]. Повышенная чувствительность опухоли также была связана со скоростью нагревания. Ранее D.E. Wu et al. на клетках китайского хомячка показали: чем быстрее клетки достигают конечной температуры гипертермии, тем быстрее они гибнут [63].
Для специфической доставки антинеопластиче-ского препарата в опухоль мозга K. Kakinuma et al. [36] использовали термочувствительные липосомы, содержавшие цис-диаминдихлороплатину (CDDP), в комбинации с локальным прогреванием мозга. Ученые изучали противоопухолевый эффект термолипо-сом на злокачественной глиоме, вызванной вирусом саркомы Рауса, клетки которой трансплантировали в мозг крыс Fisher. У крыс, подвергшихся воздействию CDDP-липосом и гипертермии, отметили самое большое время выживания. У этой группы крыс концентрация CDDP в опухоли была самой высокой по сравнению с другими группами. Гистопатологическое исследование показало, что опухолевые клетки некроти-зировались, в то время, как окружающие нормальные клетки мозга остались неповрежденными.
O. Ishida et al. [32] исследовали накопление термочувствительных липосом в солидных опухолях и эффективное высвобождение из них доксорубицина в интерстициальное пространство опухолей, а также противоопухолевую активность этих липосом в комбинации с локальной гипертермией. Маленькие одноламеллярные везикулы (МОВ) размером 100-120 нм и
большие одноламеллярные везикулы (БОВ) размером 200-230 нм получали из DPPC, DБPC и холестерина в молярном соотношении 7:2:1 с добавлением соответствующего количества ПЭГ для увеличения времени их циркуляции.
Пэгилированные термолипосомы с доксорубици-ном (Докс-ТЛ-МОВ) в большей степени накапливались и дольше удерживались в солидных опухолях у мышей Ва1Ь/с. Кроме того, Докс-ТЛ-МОВ в комбинации с гипертермией давали высокие концентрации доксорубицина в опухоли, приводили к более эффективному торможению ее роста и увеличению продолжительности жизни животных. Значительное количество Докс-ТЛ-МОВ проникало в опухоль в течение 3 ч после введения препарата. Эти данные указывают на то, что инкапсулированный препарат высвобождался в интерстициальное пространство за счет локальной гипертермии. Проникновение же в опухоль Докс-ТЛ-БОВ происходило более медленно. Однако доксорубицин, высвобождающийся из длительно циркулирующих термолипосом в капиллярах под воздействием гипертермии, может диффундировать в опухоль через эндотелий сосудов, что приводит к увеличению противоопухолевого эффекта. Процессы высвобождения доксорубицина из термолипосом и его проникновения в опухоль представлены на рисунке. Известно также, что цитотоксичность доксорубицина увеличивается при повышении температуры [60]. Поэтому гипертермический эффект совместно с температурной чувствительностью доксорубицина и его более высокой концентрацией вызывает летальное повреждение опухолевых клеток.
ЗДОРОВАЯ ТКАНЬ
Ъ*?.--' Ч-—^< ЛИМФАТИЧЕСКИЙ
ОПУХОЛЬ
Схема проникновения через капилляры маленьких длительно циркулирующих термочувствительных липосом и высвобождения из них доксорубицина в области опухоли под воздействием локальной гипертермии [32]
Таким образом, EPR-эффект вместе с гипертермией способствует улучшению терапевтической эффективности инкапсулированного в термолипосомы док-сорубицина.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЛИПОСОМ С ДОКСОРУБИЦИНОМ НА ОПУХОЛЕВЫЕ СОСУДЫ
После внутривенного введения липосомы накапливаются только в периваскулярных областях в опухолях [29; 64; 68]. Молекулы препарата, вышедшие из липосом, могут проникать в более глубокие слои тканей, но глубина проникновения часто ограничена. Причинами этого являются, во-первых, то, что интерстициальный градиент концентрации свободного препарата больше по направлению к стенке микрососуда, чем от нее, а, во-вторых, многие противоопухолевые препараты связываются с опухолевыми тканями. Например, >80 % молекул доксорубицина в опухолях связано с протеинами и нуклеиновыми кислотами [21; 38]. Связывание замедляет или даже прекращает интерстициальный транспорт препарата. Поскольку повреждение микрососудов прекратило бы доставку питательных веществ в опухолевые клетки, расположенные более глубоко, Q. Chen et al. [10] исследовали действие доксорубицина, инкапсулированного в лизолецитинсодержащие термочувствительные липосомы (Докс-ЛТЛ), на микроциркуляцию в опухоли. Докс-ЛТЛ использовали в комбинации с гипертермией (ГТ) для лечения сквамозной эпителиомы человека (FaDu), ксенотрансплантаты которой имплантировали мышам Nude. Для оценки эффекта доксорубицина, высвобождаемого из ЛТЛ, определяли скорость движения эритроцитов, плотность и диаметр микрососудов в нормальных и опухолевых тканях до и после совместного применения Докс-ЛТЛ и ГТ.
Докс-ЛТЛ-ГТ-лечение способствовало прекращению кровоснабжения, приводя к заметному снижению плотности микрососудов и вызывая расширение сосудов в опухоли. Однако то же лечение оказывало лишь небольшое воздействие на микроциркуляцию в нормальных тканях. ЛТЛ без препарата и воздействия ГТ, Докс-ЛТЛ без воздействия ГТ или ЛТЛ без препарата, но в комбинации с ГТ вызывали незначительные изменения скорости движения эритроцитов в опухоли. Исследования показали, что быстрое высвобождение док-сорубицина из ЛТЛ во время гипертермии может способствовать заметному увеличению концентрации свободного доксорубицина в периваскулярных областях и излечению FaDu у мышей [38; 47]. Когда доксоруби-цин медленно выходил из термочувствительных липо-сом с другим составом липидов, он не мог остановить роста той же опухоли у мышей [47], при этом отмечалось незначительное ухудшение опухолевой микроциркуляции после лечения. Эти экспериментальные наблюдения предполагают, что прекращение кровоснабжения опухоли после Докс-ЛТЛ-ГТ-лечения вызывается свободным доксорубицином в очень высокой концентрации вблизи эндотелиальных клеток сосудов.
Доксорубицин может повреждать как эндотелиальные, так и опухолевые клетки [61; 69]. Гибель эндотелиальных клеток может непосредственно вызывать внутрисосудистую коагуляцию крови [8; 25], ко-
торая, в свою очередь, уменьшает кровоток. Гибель опухолевых клеток, с другой стороны, может опосредованно вызывать внутрисосудистую коагуляцию крови в результате снижения продукции эндотелиального фактора роста сосудов - фактора выживания клеток [3; 35]. Исследования показали, что уничтожение только опухолевых клеток не приводит к заметному уменьшению скорости движения эритроцитов в течение 24 ч [35] и что нейтрализация эндотелиального фактора роста сосудов в опухоли оказывает минимальное воздействие на плотность микрососудов [67]. Прекращение кровоснабжения опухоли, наблюдавшееся в работе Q. Chen et al. [10], предположительно вызывалось прямым воздействием доксорубицина на эндотелиальные клетки.
Сосудистые эндотелиальные клетки и кровоток в опухоли более чувствительны к липосомам при условии температурного воздействия, чем нормальные ткани [13]. Эту разницу между нормальными тканями и опухолью можно объяснить 3 факторами. Во-первых, опухолевые микрососуды в отличие от нормальных более проницаемы для липосом [33; 64; 68]. Гипертермия способна увеличивать проницаемость микрососудов в опухоли, оказывая минимальное воздействие на выход липосом из сосудов в нормальных тканях [40]. В результате концентрация Докс-ЛТЛ и свободного доксорубицина в опухоли гораздо выше, чем в нормальных тканях. Во-вторых, в опухолевых микрососудах базальная мембрана и другие поддерживающие структуры недоразвиты и постоянно перестраиваются во время роста опухоли [26; 51]. В-третьих, из-за активного ангиогенеза и процессов перестроения опухолевые микрососуды в отличие от нормальных состоят из пролиферирующих эндотелиальных клеток. Они более чувствительны к тепловому повреждению [13] и лечению доксорубицином [2], чем покоящиеся. Таким образом, различие в термочувствительности между нормальными тканями и опухолью обеспечивает возможность специфического уменьшения кровоснабжения опухоли при действии термолипосом, не вызывая заметных неблагоприятных эффектов в нормальных тканях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Возможность рационального использования локальной гипертермии в лечении злокачественных опухолей доказана как экспериментальными, так и клиническими испытаниями. Различие в термочувствительности между нормальными тканями и опухолью обеспечивает вероятность специфического уменьшения кровоснабжения опухоли без заметных неблагоприятных эффектов на нормальные ткани. Изменение целого ряда биохимических процессов в клетках в условиях гипертермии повышает восприимчивость опухоли к воздействию как ионизирующего излучения, так и противоопухолевых лекарственных препаратов. Отмечено, что при одновременном воздействии высокой температуры и цитостатиков усиливается повреждение опухолевых тканей и при этом не происходит снижения им-
мунитета, обычно возникающего при лечении цитостатиками. Установлено, что локальная гипертермия по-разному влияет на эффективность противоопухолевых препаратов разных классов. Например, при использовании платиновых соединений и алкилирующих соединений типа циклофосфана в сочетании с нагревом в интервале 37-40,5 °C цитотоксичность повышается линейно (дополняющий эффект термохимиотерапии). В то же время цитотоксичность большинства антиметаболитов, винкаалкалоидов и таксанов не изменяется при нагревании (независимый эффект термохимиотерапии), тогда как доксорубицин имеет температурный порог (пороговозависимый эффект термохимиотерапии). Более специфично локальная гипертермия действует на терапию опухолей цитостатиками, включенными в термолипосомы. Сначала она облегчает проникновение термолипосом в прогреваемую опухоль, а затем вызывает контролируемое температурой высвобождение из них препарата.
Таким образом, актуальной проблемой остается поиск оптимального состава термочувствительных липосом, обеспечивающих селективное накопление и быстрое высвобождение препарата в опухоли в условиях умеренной гипертермии (40-42 °C), а также снижение токсичности и повышение эффективности противоопухолевого действия лекарственных средств. В настоящее время in vitro и in vivo разными группами исследователей интенсивно изучается ряд рациональных композиций термолипосомальных цитостатиков, минимально высвобождающих препарат при физиологической температуре тела, а максимально - в условиях гипертермии. Это открывает реальные возможности новых подходов к использованию локальной гипертермии для повышения эффективности противоопухолевой химиотерапии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Карев И.Д., Соколова Т.В., Королева И.А., Монахов А.Г. Гипертермические методы в онкологической клинике: Учеб.-метод. пособие. - Нижний Новгород: Изд-во НГМА, 1999. - 30 с.
2. Abou E., Hassan M.A.I., Verheul H.M.W. et al. The new cardioprotector monohydroxyethylrutoside protects against doxorubicin induced inflammatory effects in vitro // Br. J. Cancer. - 2003. - 89. - P. 357-62.
3. Alon T., Hemo I., Itin A. et al. Vascular endothelial growth factor acts as a survival factor for newly formed retinal vessels and has implications for retinopathy of prematurity // Nat. Med. - 1995. - 1. - P. 1024-8.
4. Ben-Yosef R., Gipps M., Zeira M. Hyperthermia and liposomal encapsulated doxorubicin // Isr. Med. Assoc. J. - 2003. - 5(6). - P. 407-9.
5. Boucher Y., Baxter L., Jain R. Interstitial pressure gradients in tissue-isolated and subcutaneous tumors: implications for therapy // Cancer Res. - 1990. - 50. - P. 4478-84.
6. Boucher Y., Kirkwook J., Opacik D. et al. Interstitial hypertension in superficial metastatic melanomas in humans // Cancer Res. - 1991. - 51. - P. 6691-4.
7. Braun J., Hahn G.M. Enhanced cell killing by bleomycin and 43 °C hyperthermia and the inhibition of recovery from potentially lethal damage // Cancer Res. -1975. - 35. - P. 2921-7.
8. Caine G.J., Stonelake P.S., Lip G.Y. et al. The hypercoagulable state of malignancy: pathogenesis and current debate // Neoplasia. - 2002. - 4. - P. 465-73.
9. Campbell R. Tumor physiology and delivery of nanopharmaceuticals // Anti-cancer Agents Med. Chem. -2006. - 6. - P. 503-12.
10. Chen Q., Tong S., Dewhirst M.W. et al. Targeting tumor microvessels using doxorubicin encapsulated in a novel thermosensitive liposome // Mol. Cancer Ther. -2004. - 3(10). - P. 1311-7.
11. Cope D., Dewhirst M., Friedman H. et al. Enhanced delivery of a monoclonal antibody F(ab9)2 fragment to subcutaneous human glioma xenografts using local hyperthermia // Cancer Res. - 1990. - 50. - P. 1803-9.
12. Dvorak H.F., Nagy J.A., Dvorak J.T., Dvorak A.M. Identification and characterization of the blood vessels of solid tumors that are leaky to circulating macromolecules // Am. J. Phathol. - 1988. - 133. - P. 95-109.
13. Fajardo L.F., Prionas S.D. Endothelial cells and hyperthermia // Int. J. Hyperthermia. - 1994. - 10. - P. 347-53.
14. Fang J., Sawa T., Maeda H. Factors and mechanism of “epr” effect and the enhanced antitumor effects of macromolecular drugs including smancs // Adv. Exp. Med. Biol. - 2003. - 519. - P. 29-49.
15. Frieboes H.B., Sinek J.P., Nalcioglu O. et al. Nanotechnology in Cancer Drug Therapy: A Biocomputa-tional Approach. Handbook of BioMEMS & BioNanotechnology. Prospectus, Biological and Biomedical Nanotechnology // Springer-Verlag. - 2006. - 1. - P. 435-60.
16. Fujiwara K., Watanabe T. Effects of hyperthermia, radiotherapy and thermoradiotherapy on tumor mi-crovascular permeability // Acta Pathol. Jpn. - 1990. - 40.
- P. 79-84.
17. Gaber M.H., Hong K., Huang S.K., Papahad-jopoulos D. Thermosensitive sterically stabilized liposomes: formulation and in vitro studies on mechanism of doxorubicin release by bovine serum and human plasma // Pharm. Res. - 1995. - 12. - P. 1407-16.
18. Gaber M.H., Wu N.Z., Hong K. et al. Thermosensitive liposomes: extravasation and release of contents in tumor microvascular networks // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. - 1996. - 36. - P. 1177-87.
19. Gabizon A., Papahadjopoulos D. Liposome formulations with prolonged circulation time in blood and enhanced uptake by tumors // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
- 1988. - 85. - P. 6949-53.
20. Gabizon A., Price D.C., Huberty J. et al. Effect of liposome composition and other factors on the targeting of liposomes to experimental tumors: biodistribution and imaging studies // Cancer Res. - 1990. - 50. - P. 6371-8.
21. Greene R., Collins J., Jenkins J. et al. Plasma pharmacokinetics of Adriamycin and Adriamycinol: im-
plications for the design of in vitro experiments and treatment protocols // Cancer Res. - 1983. - 47. - P. 3417-21.
22. Greish K., Fang J., Inutsuka T. et al. Macromo-lecular therapeutics: advantages and prospects with special emphasis on solid tumour targeting // Clin. Pharma-cokinet. - 2003. - 42. - P. 1089-105.
23. Hahn G.M. Potential for therapy of drugs and hyperthermia // Cancer Res. - 1979. - 39. - P. 2264-8.
24. Hahn G.M., Braun J., Har-Kedar I. Thermochemotherapy: synergism between hyperthermia and adri-amycin or bleomycin in mammalian cell inactivation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1975. - 72. - P. 937-40.
25. Haller H. Endothelial function. General considerations // Drugs. - 1997. - 53. - Suppl. 1. - P. 1-10.
26. Hashizume H., Baluk P., Morikawa S. et al. Openings between defective endothelial cells explain tumor vessel leakiness // Am. J. Pathol. - 2000. - 156. - P. 1363-80.
27. Hauck M., Coffin D., Dodge R. et al. A local hyperthermia treatment which enhances antibody uptake in a glioma xenograft model does not affect tumour interstitial fluid pressure // Int. J. Hyperthermia. - 1997. - 13. - P. 307-16.
28. Hildebrandt B., Wust P., Ahlers O. et al. The cellular and molecular basis of hyperthermia // Crit. Rev. Oncol. Hematol. - 2002. - 43. - P. 33-56.
29. Hobbs S.K., Monsky W., Yuan F., et al. Regulation of transport pathways in tumor vessels: role of tumor type and microenvironment // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.
- 1998. - 95. - P. 4607-12.
30. Horsman M.R., Overgaard J. Can mild hyperthermia improve tumour oxygenation // Int. J. Hyperthermia. - 1997. - 13. - P. 141-7.
31. Hosono M.N., Hosono M., Endo K. et al. Effect of hyperthermia on tumor uptake of radiolabeled anti-neural cell adhesion molecule antibody in small-cell lung cancer xenografts // J. Nucl. Med. - 1994. - 35. - P. 504-9.
32. Ishida O., Maruyama K., Yanagie H. et al. Targeting chemotherapy to solid tumors with long-circulating thermosensitive liposomes and local hyperthermia // Jpn. J. Cancer Res. - 2000. - 91. - P. 118-26.
33. Jain R.K. Delivery of molecular and cellular medicine to solid tumors // Microcirculation. - 1997. - 4.
- P. 1-23.
34. Jain R.K., Gerlowski L.E. Extravascular transport in normal and tumor tissue // Crit. Rev. Oncol. Hematol. -1986. - 5. - P. 115-70.
35. Jain R.K., Safabakhsh N., Sckell A. et al. Endothelial cell death, angiogenesis, and microvascular function after castration in an androgen-dependent tumor: role of vascular endothelial growth factor // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1998. - 95. - P. 10820-5.
36. Kakinuma K., Tanaka R., Takahashi H. et al. Targeting chemotherapy for malignant brain tumor using thermosensitive liposome and localized hyperthermia // J. Neurosurg. - 1996. - 84(2). - P. 180-4.
37. Karino T., Koga S., Maeta M. Experimental studies of the effects of local hyperthermia on blood flow,
oxygen pressure and pH in tumors // Surg. Today. - 1988.
- 18. - P. 276-83.
38. Kong G., Anyarambhatla G., Petros W.P. et al. Efficacy of liposomes and hyperthermia in a human tumor xenograft model: importance of triggered drug release // Cancer Res. - 2000. - 60. - P. 6950-7.
39. Kong G., Braun R.D., Dewhirst M.W. Characterization of the effect of hyperthermia on nanoparticle extravasation from tumor vasculature // Cancer Res. - 2001.
- 61. - P. 3027-32.
40. Kong G., Braun R.D., Dewhirst M.W. Hyperthermia enables tumorspecific nanoparticle delivery: effect of particle size // Cancer Res. - 2000. - 60. - P. 4440-5.
41. Lefor A., Makohon S., Ackerman N. The effects of hyperthermia on vascular permeability in experimental liver metastasis // J. Surg. Oncol. - 1985. - 28. - P. 297-300.
42. Mabrey S. From physical structure to therapeutic applications. In: Knight C.G. eds., Liposomes. - Amer-sterdam: Elsevier/North Holland Biochemical Press, 1981. - P. 105-38.
43. Maeda H. The enhanced permeability and retention (epr) effect in tumor vasculature: the key role of tumor-selective macromolecular drug targeting // Adv. Enzyme Regul. - 2001. - 41. - P. 189-207.
44. Maruyama K., Unezaki S., Takahashi N., Iwatsuru M. Enhanced delivery of doxorubicin to tumor by long-circulating thermosensitive liposomes and local hyperthermia // Biochim. Biophys. Acta. - 1993. - 1149.
- P. 209-16.
45. Matteucci M.L., Anyarambhatla G., Rosner G. et al. Hyperthermia increases accumulation of technetium-99m-labeled liposomes in feline sarcomas // Clin. Cancer Res. - 2000. - 6. - P. 3748-55.
46. Moghimi S., Hunter A., Murray J. Long-circulating and target-specific nanoparticles: theory to practice // Pharmacol. Rev. - 2001. - 53. - P. 283-318.
47. Needham D., Anyarambhatla G., Kong G., Dewhirst M.W. A new temperature-sensitive liposome for use with mild hyperthermia: characterization and testing in a human tumor xenograft model // Cancer Res. - 2000.
- 60. - P. 1197-201.
48. Needham D., Dewhirst M.W. The development and testing of a new temperature-sensitive drug delivery system for the treatment of solid tumors // Adv. Drug De-liv. Rev. - 2001. - 53. - P. 285-305.
49. Papahadjopoulos D., Allen T.M., Gabizon A. et al. Sterically stabilized liposomes: improvements in pharmacokinetics and antitumor therapeutic efficacy // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1991. - 88. - P. 11460-4.
50. Papahadjopoulos D., Jacobson K., Nir S., Isac T. Phase transitions in phospholipid vesicles. Fluorescence polarization and permeability measurements concerning the effect of temperature and cholesterol // Biochim. Bio-phys. Acta. - 1973. - 311. - P. 330-48.
51. Risau W. Mechanisms of angiogenesis // Nature.
- 1997. - 386. - P. 671-4.
52. Schuster J., Zalutsky M., Noska M. et al. Hyperthermic modulation of radiolabelled antibody uptake in a
human glioma xenograft and normal tissues // Int. J. Hyperthermia. - 1995. - 11. - P. 59-72.
53. Suzuki K. Application of heat to cancer chemotherapy // Nagoya J. Med. Sci. - 1967. - 30. - P. 1-21.
54. Tiwari Sandip B., Udupa N., Rao B.S.S., Uma Devi P. Thermosensitive liposomes and localised hyperthermia: an effective bimodality approach for tumour management // Indian Journal of Pharmacology. - 2000. -32(3). - P. 214-20.
55. Tong R., Boucher Y., Kozin S. et al. Vascular normalization by vascular endothelial growth factor receptor 2 blockade induces a pressure gradient across the vasculature and improves drug penetration in tumors // Cancer Res. - 2004. - 64. - P. 3731-6.
56. Twentyman P.R., Morgan J.E., Donaldson J. Enhancement by hyperthermia of the effect of BCNU against the EMT6 mouse tumour // Cancer Treat. Rep. - 1978. -
62. - P. 439-43.
57. Uma Devi P., Rao B.S.S. Response of mouse Sarcoma-180 to bleomycin in combination with radiation and hyperthermia // Strahlenther Onkol. - 1993. - 169. - P. 601-7.
58. Unezaki S., Maruyama K., Hosoda J. et al. Direct measurement of extravasation of polyethyleneglycol-coated liposomes into solid tumor tissue by in vivo fluorescence microscopy // Int. J. Pharm. - 1996. - 144. - P. 11-7.
59. Unezaki S., Maruyama K., Takahashi N. et al. Enhanced delivery and antitumor activity of doxorubicin using long-circulating thermosensitive liposomes containing amphipathic polyethylene glycol in combination with local hyperthermia // Pharm. Res. - 1994. - 11. - P. 1180-5.
60. Urano M., Begley J., Reynolds R. Interaction between adriamycin cytotoxicity and hyperthermia: growthphase-dependent thermal sensitization // Int. J. Hyperthermia. - 1994. - 10. - P. 817-26.
61. Wang S., Kotamraju S., Konorev E. et al. Activation of nuclear factor-KB during doxorubicin-induced apoptosis in endothelial cells and myocytes is pro-apoptotic: the role of hydrogen peroxide // Biochem. J. -2002. - 367. - P. 729-40.
62. Weinstein J.N., Magin R.L., Cysyk R.L., Zaharko D.S. Treatment of solid L1210 murine tumors with local hyperthermia and temperature-sensitive liposomes containing methotrexate // Cancer Res. - 1980. - 40. - P. 1388-95.
63. Wu D.E., Zheng Z., Quin Y. et al. The interaction between bleomycin and irradiation on cell survival and DNA damages in mammalian cell cultures // J. Radiat. Oncol. Phys. - 1985. - 11. - P. 2125-31.
64. Wu N.Z., Da D., Rudoll T.L. et al. Increased mi-crovascular permeability contributes to preferential accumulation of stealth liposomes in tumor tissue // Cancer Res. - 1993. - 53. - P. 3765-70.
65. Yatvin M.B., Weinstein J.N., Dennis W.H., Blu-menthal R. Design of liposomes for enhanced local release of drugs by hyperthermia // Science. - 1978. - 202.
- P. 1290-3.
66. Yerushalmi A. Combined treatment of a solid tumour by local hyperthermia and actinomycin D // Br. J. Cancer. - 1978. - 37. - P. 827-32.
67. Yuan F., Chen Y., Dellian M. et al. Time-dependent vascular regression and permeability changes in established human tumor xenografts induced by an anti-vascular endothelial growth factor/vascular permeability factor antibody // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. -1996. - 93. - P. 14765-70.
68. Yuan F., Leunig M., Huang S.K. et al. Microvas-cular permeability and interstitial penetration of sterically stabilized (stealth) liposomes in a human tumor xenograft // Cancer Res. - 1994. - 54. - P. 3352-6.
69. Zhang L., Yu D., Hicklin D.J. et al. Combined anti-fetal liver kinase 1 monoclonal antibody and continuous low-dose doxorubicin inhibits angiogenesis and growth of human soft tissue sarcoma xenografts by induction of endothelial cell apoptosis // Cancer Res. - 2002. -
62. - P. 2034-42.
70. Zhang Q.I., Deng Y.-J. Studies on the preparation and characterization of thermosensitive liposomes // Indian J. Pharm. Sci. - 2000. - 62. - P. 360-3.
nocTynuna 19.05.2008.
