Уральские ученые создали магнитные наночастицы из оксида железа для магнитоуправляемой иммунотерапии. Частицы можно подсаживать в дендритные клетки для адресной доставки и уничтожения раковой опухоли. О лечении пациентов в ближайшее время говорить еще рано, предупреждают ученые, однако потенциально метод может быть пригоден для лечения всех видов опухолей, в особенности тех, которые трудно поддаются химиотерапии, например, меланома или рак прямой кишки.

Процесс синтеза частиц и описание результатов опытов на клетках исследователи опубликовали в журнале Materials. Работу поддержал РНФ (проект № 25-24-00175). Исследование проводили специалисты Уральского государственного медицинского и Уральского федерального университетов, Институтов медицинских клеточных технологий и электрофизики УрО РАН.

«В статье описаны результаты одного из этапов масштабного исследования. В целом же мы работаем над созданием технологии лечения онкологических заболеваний методом противоопухолевой иммунотерапии с использованием аутогенных дендритных клеток пациента. Дело в том, что дендритные клетки выполняют ключевую роль в запуске иммунного ответа организма за счет представления опухолевых антигенов Т-лимфоцитам и их последующей активации. Функция активированных Т-лимфоцитов, в свою очередь, состоит в уничтожении опухолевых клеток», — поясняет профессор Уральского государственного медицинского и Уральского федерального университетов Феликс Бляхман.

Суть дендритно-клеточной иммунотерапии заключается в следующем: дендритные клетки получают из моноцитов крови пациента, после чего «нагружают» их антигенами опухолевых клеток. Затем дендритные клетки возвращают больному путем подкожной инъекции. Такой подход показал положительные результаты в лечении некоторых онкологических заболеваний, однако не получил широкого распространения на практике из-за низкой эффективности. Основная причина низкой эффективности состоит в том, что только около 5 % дендритных клеток из приготовленной вакцины достигает лимфоузлов, где они должны вступать в контакт с Т-лимфоцитами, добавляют ученые.

«Для адресной доставки дендритных клеток к лимфоузлам можно применять внешнее магнитное поле. В процессе подготовки дендритных клеток для вакцины их можно наполнять магнитными наночастицами, которые при приложении магнитного поля будут способствовать более быстрому перемещению дендритных клеток в зону терапии. Точнее даже не самих клеток, нагруженных наночастицами, а трехмерной конструкции из клеток. Затем эта клеточная платформа с помощью внешнего магнитного поля направленно доставляется к месту назначения. Отслеживать распределение магнитных наночастиц в организме человека можно с помощью МРТ», — добавляет Феликс Бляхман.

На данном этапе работы ученым удалось синтезировать большую партию магнитных частиц, изучить их свойства (физико-химические и магнитные), создать подходящую суспензию, которую можно было бы использовать для нагрузки дендритных клеток (для биомедицинских приложений не используют порошок). Кроме того, исследователи оценили способность частиц проникать в клетки и оказывать на них токсическое воздействие.

«Опыты показали, что наночастицы могут либо прочно прикрепляться к поверхности клетки, либо проникать внутрь ее. Как именно и где они закреплены в клетке, с точки зрения взаимодействия с магнитным полем, значения не имеет. Для успешной транспортировки клетки важно как количество наночастиц, приходящееся на одну клетку, так и свойства каждой отдельной наночастицы (магнитный момент), так как именно наночастицы отвечают за уровень взаимодействия с внешним полем, — рассказывает соавтор работы, профессор-исследователь кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Галина Курляндская. — Также исследования показали, что цитотоксический эффект появляется только при высоких концентрациях наночастиц. При этом примечательно, что при низких концентрациях наночастицы наоборот увеличивают биохимическую активность и жизнеспособность клеток».

Методом электрофизического испарения лазерной мишени уральские ученые создали большую партию (100 граммов — этого достаточно для производства стандартизированных вакцин и для множественных биологических экспериментов) магнитных наночастиц из оксида железа. Все частицы оказались сферической формы размером около 14 нанометров. Одинаковые форма и размер частиц крайне важны, так как позволяют создавать качественные водные суспензии для медицинских биоприложений.

«Магнитные свойства наночастиц зависят от их размера: чем меньше диаметр частиц, тем меньше магнитный момент самой частицы. При этом биологический отклик живых клеток также определяется геометрическими особенностями частиц и способом стабилизации сформированной на их основе суспензии. Приходится все время находиться в поисках равновесия между удовлетворительными магнитными характеристиками и приемлемым биологическим откликом на их присутствие», — поясняет Галина Курляндская.

В ближайших планах ученых — продолжить исследования и провести эксперименты по влиянию внешнего поля на параметры мобильности дендритных клеток, нагруженных наночастицами. В целом исследовательский коллектив планирует проработать принципы формирования трехмерных конструкций в форме микросфер из магнитоактивных дендритных клеток и управления их миграцией в тканях с помощью внешнего магнитного поля. Как полагает исследовательский коллектив, такая система является вполне подходящей для создания перспективной магнитоуправляемой иммунотерапии.