Инновационные технологии в диагностике и лечении рака

Традиционные методы постепенно уступают место инновационным технологиям в лечении рака, которые стали более персонализированными, эффективными и безопасными.

Традиционные методы, такие как химиотерапия и лучевая терапия, остаются основой лечения, но во многих случаях отсутствует целенаправленный подход, поэтому больные оказываются жертвами лекарственной устойчивости рака.

В последние годы появились новые концепции для улучшения традиционных вариантов лечения, характеризующихся низкими показателями выживаемости.

Инновационные терапевтические стратегии, затрагивающие энергетические процессы раковых клеток, внеклеточные везикулы и синтез белка, а также достижения иммунотерапии и наномедицины, открывают путь следующему поколению методов лечения рака.

Развитие таких областей, как тераностика в наномедицине, также создает основы для адресной доставки лекарств и нановизуализации. Предлагаем несколько многообещающих открытий, презентованных на съезде Ирландской ассоциации исследований рака (IACR).

В своих высокопроизводительных исследованиях геномика, протеомика, метаболомика, транскриптомика используют новые технологии для создания огромных наборов данных, которые разрабатываются с еще большей специфичностью и ценностью.

Потенциал рутинных диагностических технологий, включая магнитно-резонансную томографию (МРТ), компьютерную томографию, позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и иммуногистохимический анализ, полностью раскрывается благодаря распространению современной радиомики и патомики.

Наномедицина использует возможности нанотехнологий для улучшения доставки лекарств, фармацевтических свойств, визуализации и диагностики, закладывая основы тераностики.

Способность выделять, характеризовать и функционально фенотипировать внеклеточные везикулы в нанометровом масштабе открывает новые возможности для терапевтического и диагностического использования межклеточных РНК, ДНК и белковых носителей.

Обработка тканей и высокопроизводительная автоматическая флуориметрия лежат в основе новых инструментов, таких как BH3-профайлинг, для прогнозирования клеточного ответа на химиотерапевтические агенты.

Концепция сенсибилизации раковых клеток к радиотерапии рассматривается в течение почти 50 лет: были созданы эффективные малые молекулы (имитаторы кислорода), макромолекулы (miRNA, siRNA, пептид) и радиосенсибилизаторы на основе наноматериалов.

Наномедицина в лечении рака
В последние годы развитие наномедицины продемонстрировало большие перспективы как для получения высококачественных изображений, так и для лечения онкозаболеваний.

Наномедицина — это форма нанотехнологии, применяемых в биомедицинской области, где сконструированные наночастицы (НЧ) с размерами менее 100 нм используются для лечения заболеваний, прежде всего злокачественных опухолей.

Что касается традиционной терапии рака, такие умные и высокотехнологичные НЧ обеспечивают преимущества в пассивном или активном нацеливании лекарств с высокой растворимостью, биодоступностью, биосовместимостью и многофункциональностью.

Эти наночастицы могут быть использованы в мультимодальной терапии. Было разработано несколько видов интеллектуальных НЧ для адресной доставки лекарств-ингибиторов важных клеточных мишеней и в качестве инструментов для получения наноизображений.

Только недавно европейскими исследователями было предложено использовать комбинацию как терапии, так и диагностики с использованием одной и той же наночастицы, что позволило ввести понятие тераностики в область наномедицины.

Основная концепция заключается в том, чтобы получить многофункциональную наночастицу, способную выполнять визуализацию и диагностику на месте работы (внутри организма пациента), то есть самостоятельно искать раковые клетки, а затем убивать их.

Лечение, возможно, будет проводиться в рамках мультимодального подхода. Например, комбинируя доставку лекарств и генов с внешними стимулами, такими как гипертермальная, фототермическая или фотодинамическая (ФДТ) терапия, таким образом воздействуя на раковые клетки одновременно с нескольких сторон.

Высокая коллоидная стабильность в биологических жидкостях, способность селективного нацеливания и полное биоразложение — это важнейшие особенности, присущие для новых высокотехнологичных наноплатформ тераностики.

Наномедицина, применяемая с «тераностическими наночастицами» (theranostic nanoparticles), дает великолепные результаты и потенциально может преодолеть общие недостатки традиционных методов лечения рака, то есть отсутствие высокой селективности и дискриминации среди здоровых и раковых клеток, неблагоприятные воздействия на нормальные клетки и приобретенную лекарственную устойчивость.

 

Интеллектуальные наночастицы в онкологии
Профессор Валентина Кауда и ее коллеги из Отделения прикладной науки и технологии Политехнического университета Турина (Италия) пару лет назад сообщили подробности в отношении интеллектуальных наночастиц, которые были способны эффективно визуализировать и убивать раковые клетки in vitro.

Сначала были даны сведения о наночастицах кремнезема с высокопористыми структурами и крошечными нанопорами диаметром 3–4 нм, то есть наночастиц мезопористого кремнезема.

Этим частицам (MSN) можно придать требуемые химические свойства, чтобы демонстрировать коллоидное и антитромбогенное поведение в биологических жидкостях, предотвращая нежелательную агрегацию или раннюю биодеградацию, и направляя на злокачественные клетки.

Кроме того, MSN способны нести противораковые лекарственные средства или репортеры флуоресцентных молекул как для доставки лекарств, так и для молекулярной визуализации требуемых участков ткани без проведения биопсии.

Особое внимание ученые уделяют новой многофункциональной наночастице на основе плотного нанокристаллического ядра из оксида металла (цинка), защищенного липидным бислоем. Она является очень стабильной в биологических средах в долгосрочной перспективе, что позволяет вводить препарат в кровоток.

Сообщалось, что терапевтические возможности этих наночастиц зависят не от доставки лекарств, а от механизма реагирования на внешние стимулы.

Стимуляция ультрафиолетовым светом в течение нескольких секунд (фотодинамическая терапия) может возбуждать нанокристаллические частицы и генерировать внутриклеточно высокотоксичные активные формы кислорода (АФК) для лечения рака.

Первые тесты на цитотоксичность "бессмертных" клеток Hela показали, что процент гибели раковых клеток составляет 65–80%, когда наночастицы стимулируются с помощью света.

Не наблюдалось влияния на жизнеспособность опухолевых клеток после самостоятельного воздействия УФ-излучения или использования наночастиц без стимуляции.

Эти результаты показывают многообещающую роль высокотехнологичных и функционализированных наночастиц для лечения и молекулярной визуализации.

Однако глобальный успех лечения на основе инструментов наномедицины может быть достигнут только при глубоких знаниях биологии опухолей, маркеров и микросреды.

Радиомика и патомика
Традиционная биология обычно пытается анализировать заболевания на молекулярном уровне и изучать их по частям, полагая, что сумма знаний по частям поможет объяснить болезнь в целом. Данная стратегия редко оказывалась успешной, когда дело доходило до причин и способов лечения сложных онкозаболеваний.

Поэтому системный подход представляется лучшей стратегией для изучения и понимания комплексной сущности.

Этот подход учитывает множество взаимосвязанных переменных:

• как профиль экспрессии генов
• опухолевая клеточная архитектура
• особенности опухолевой микросреды (гистология)
• трехмерная архитектура ткани и васкуляризация (МРТ с контрастным усилением)
• метаболические особенности (наблюдаемые при МР-спектроскопии или ПЭТ).

Только полный набор этих сложных и многогранных данных позволяет исследователям идентифицировать конкретный фенотип заболевания.

Профессор Анант Мадабхуши, директор Центра вычислительной визуализации и персонализированной диагностики (CCIPD) в Университете Кейс Вестерн Резерв, представил ряд инструментов для интеграции и сопоставления биологических данных, охватывающих различные пространственные и временные масштабы, модальности и функциональность.

Ученые применяли компьютеризированные методы анализа признаков для извлечения субвизуальных атрибутов и характеристики внешнего вида и поведения заболевания на рентгенограммах (радиомика) и оцифрованных изображениях (патомика).

На съезде IACR в 2018 профессор Мадабхуши представил ряд примеров применения радиомики и патомики для прогнозирования исхода заболевания, рецидива, прогрессирования и ответа на терапию, о которых сообщается ниже.

medbe.ru