Имплант ― против рака. Сибирские ученые создали противоопухолевое покрытие для костных имплантатов

Ученые Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (ИФПМ СО РАН) продемонстрировали разработку, способную предотвратить рецидив рака кости и частично заменить общую химиотерапию для лечения пациентов с онкологией. Речь о специальном имплантате в противоопухолевой оболочке, способном медленно высвобождать противоопухолевый препарат в окружающие ткани. Саморазлагающееся биосовместимое покрытие для костных имплантатов, представленное специалистами, создано в рамках исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Materials Today Communications. Предложенное авторами исследования покрытие с противоопухолевым препаратом привело к гибели 61% клеток рака шейки матки, 46% клеток рака молочной железы и 52% фибробластов.

Актуальность исследования обусловлена тем, что проблема неконтролируемого выхода, ненаправленного действия и короткого периода полувыведения препаратов под действием ряда биомеханических и физико-химических факторов биологической среды по-прежнему стоит остро, несмотря на высокий научный прорыв в области исследований искусственных систем доставки , сообщили в РНФ. По словам специалистов, кинетические механизмы высвобождения, направленности действия и дозировки лекарственных средств, необходимые для местного терапевтического или фармакологического действия и для стимулирования регенерации костной ткани, на сегодняшний день изучены недостаточно. Таким образом, регулирование структурно-морфологических, физико-химических и биомеханических параметров имплантируемых систем для обеспечения контролируемого, пролонгированного и направленного (таргетного) выхода биологически активных веществ и лекарственных препаратов представляет собой актуальную фундаментальную и прикладную проблему.

Основная функция разработки ИФПМ СО РАН ― не просто заместить костную ткань, утраченную в результате онкологической операции, но и контролируемо доставить противоопухолевые препараты напрямую в кость. Главный недостаток общей химиотерапии, которая сегодня используется для этих целей, ― в ее токсичности. Такая процедура негативно сказывается на всем организме пациента, и на восстановление здоровья после нее требуются месяцы или даже годы.

Подробнее о новой технологии корреспонденту «Научной России» рассказала руководитель проекта ― научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН кандидат технических наук Екатерина Комарова:

«За основу покрытия был взят кальций-фосфатный цемент — пористый биоактивный материал, по химическому составу близкий таковому естественной кости. Его нанесли гибридным электрохимическим методом с ультразвуком на поверхность титановой пластины, которая имитировала используемый в клинической практике костный имплантат. После этого в пористое кальций-фосфатное покрытие “загрузили” раствор противоопухолевого препарата 5-фторурацила, широко применяющийся для лечения онкологических заболеваний. Затем был нанесен еще один защитный слой, который должен был предотвратить слишком быстрое высвобождение препарата из пор и тем самым обеспечить продолжительный эффект лечения. В качестве такого защитного слоя был выбран синтетический биосовместимый и биоразлагаемый сополимер полимолочной и полигликолевой кислот. Данный сополимер перспективен тем, что, попадая в организм, он медленно (от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от соотношения кислот в составе) разлагается. Благодаря этому по мере его распада из нижележащего кальций-фосфатного слоя будет постепенно выделяться противоопухолевый препарат. <…> Мы проверили, как полученные покрытия влияют на жизнеспособность опухолевых клеток и здоровых клеток соединительной ткани (фибробластов), которые часто окружают кости в организме человека. Оказалось, что спустя сутки пребывания на поверхности материала у всех клеток снизилась жизнеспособность. Так, покрытие с противоопухолевым препаратом привело к гибели 61% клеток рака шейки матки, 46% клеток рака молочной железы и 52% фибробластов. Причина такого неизбирательного токсического эффекта на все линии клеток заключается в том, что само по себе лекарство, заключенное в покрытие, является сильнодействующим цитостатиком. Именно поэтому его внутривенное введение в ходе обычной химиотерапии вызывает серьезные побочные эффекты на здоровые клетки. Если же доставлять 5-фторурацил точечно в костную ткань с помощью предложенного подхода, лекарство по-прежнему будет подавлять жизнедеятельность не только опухолевых, но и здоровых клеток, но его влияние на последние будет значительно меньше, чем при общем приеме химиопрепаратов».

По словам Екатерины Комаровой, более длительный период полувыведения препарата из кальций-фосфатного покрытия связан с нанесением верхнего защитного слоя полимера, который инкапсулирует молекулы лекарства в составе покрытия, и образованные при этом химические связи препятствуют «взрывному» выходу химиопрепарата в окружающие ткани.

В будущем в созданное сибирскими учеными покрытие можно будет «загрузить» не только противоопухолевые препараты, но и другие лекарства, например антибиотики. Такая возможность может быть крайне полезной в травматологии и при зубном протезировании, избавляя пациента от необходимости принимать лекарства.

Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ