Złotem w raka

Sonochemia to zastosowanie ultradźwięków jako źródła energii do wywoływania reakcji chemicznych. Metodami sonochemicznymi można otrzymywać np. nanocząstki złota, które w przyszłości prawdopodobnie będą stosowane w diagnostyce i terapii nowotworowej. Pracują nad tym polscy naukowcy z Międzyresortowego Instytutu Techniki Radiacyjnej (MITR) Politechniki Łódzkiej.

Złoto - znane wszystkim dobrze w skali makro - po rozdrobnieniu do wymiaru nanocząstek, czyli rzędu jednej miliardowej metra, zaczyna charakteryzować się zupełnie innymi właściwościami. Można w ten sposób uzyskiwać bardzo trwałe kolorowe zawiesiny cząstek złota, które w przeszłości było stosowane jako barwniki np. w witrażach, a obecnie mogą mieć zastosowanie w walce z rakiem.

Naukowcy z MITR PŁ wchodzą w skład międzynarodowego projektu organizowanego przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (IAEA) w Wiedniu. Uczestniczy w nim 15 laboratoriów z 12 krajów (Argentyna, Brazylia, Egipt, Iran, Malezja, Meksyk, Pakistan, Polska, Singapur, Tajlandia, USA, Włochy). Z Polski w badaniach uczestniczy też Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Ośrodek Radioizotopów POLATOM.

"Zespoły naukowców z tych krajów, wśród których liderem jest zespół amerykański, mają wspólnie nauczyć się jak precyzyjnie otrzymywać nanocząstki złota o określonych wymiarach, zbadać ich właściwości i doprowadzić do tego, żeby były stabilne w roztworze. W dalszym etapie projektu mają one być zastosowane w radioterapii do walki z nowotworami" - opowiadał PAP zastępca dyrektora Instytutu ds. naukowych dr hab. Piotr Ulański.

Nanocząstki złota mogą być stosowane w radioterapii na dwa sposoby. Pierwszy wykorzystywać może fakt, że po wprowadzeniu ich do tkanki nowotworowej, a następnie zastosowaniu radioterapii, pochłanianie promieniowania jest znacznie silniejsze w tkankach z nanocząstkami złota, niż w otaczających je zdrowych tkankach. Konieczne jest jednak "wyposażenie" nanocząstek w specjalne oligopeptydy, czyli krótkie fragmenty białek, które wykazują zdolność do łączenia się wybiórczo z komórkami rakowymi.

"Jeśli potrafilibyśmy nanocząstki złota wyposażyć tak, żeby selektywnie gromadziły się w tkance nowotworowej, to wtedy dopiero po ich podaniu pacjentowi rozpoczynałaby się radioterapia. Energia promieniowania będzie w znacznym stopniu niszczyła tkankę nowotworową, a słabiej będzie absorbowana w tkankach otaczających. Zależy nam, żeby jak najmniej szkód wywołać w organizmie człowieka podczas radioterapii" - wyjaśnił łódzki naukowiec.

Według naukowców można też wytworzyć nanocząstki promieniotwórczych izotopów złota, które same, bez użycia promieniowania z zewnątrz mogą stanowić źródło promieniowania, które będzie zabijało tkankę nowotworową.

"W tym przypadku trzeba stosunkowo szybko, zanim promieniowanie tych izotopów się zmniejszy, przekształcić je w nanocząstki, zmodyfikować, żeby chciały się +chwytać+ komórek nowotworowych i podać pacjentowi. Wtedy przez kilkadziesiąt godzin, a nawet kilka dni emitowane byłoby promieniowanie bezpośrednio przez cząstki złota i niepotrzebne byłoby promieniowanie zewnętrzne" - uważa Ulański.

Jak zaznaczył samych nanocząstek złota, bez wyposażenia ich w przywierające do komórek rakowych oligopeptydy, nie można wstrzyknąć pacjentowi bezpośrednio w rejon guza, bowiem mają one tendencje do migracji i mogłyby wędrować po całym organizmie.

Rolą łódzkiego zespołu naukowców w tym projekcie jest dopracowanie i zoptymalizowanie procedury wytwarzania nanocząstek, których wymiary określają specjaliści od radioterapii. Opracowują także metody ich stabilizacji w roztworach.

"Przy użyciu ultradźwięków potrafimy te nanocząstki otrzymywać, potrafimy manipulować ich wielkością, stabilnością. Ta stabilizacja jest pewną sztuką i badania nad tym zagadnieniem wymagają dużo czasu i energii. Myślę, że jest już nieźle, że mamy to dość dobrze opanowane. Kolejnym etapem będzie opracowanie metody chemicznego +mocowania+ do cząstek złota oligopeptydów" - wyjaśnił.

Po opracowaniu procedur ich otrzymywania materiały trafią do zespołów radioterapeutycznych z Włoch, które będą je testować. Jeśli próby wypadną pozytywnie dopiero wówczas, przy współpracy ze specjalistami ze Stanów Zjednoczonych, nastąpi generowanie izotopów i przekształcanie ich w nanocząstki. "Konieczne będą wówczas badania na zwierzętach, potem badania kliniczne. To niestety potrwa wiele lat i pochłonie ogromne pieniądze" - dodał naukowiec.

Równolegle łódzcy specjaliści pracują nad dostarczaniem do komórek nowotworowych izotopów promieniotwórczych za pomocą otrzymywanych metodą radiacyjną tzw. nanożeli, czyli miniaturowej odmiany znanych już m.in. z opatrunków - hydrożeli.

"To są przestrzenne sieci polimerowe, ale o bardzo małych rozmiarach. Okazuje się, że wytwarzane według opracowanej przez nas metody nanożele są biozgodne, nie szkodzą komórkom, są w stanie do nich wchodzić i po pewnym czasie z nich wychodzić" - dodał łódzki specjalista. Według niego, jeśli udałoby się stworzyć hybrydę złożoną z nanożeli, przyczepionych do nich oligopeptydów oraz "kieszonek" na pojedyncze atomy izotopów promieniotwórczych, to potencjalnie mogłoby to działać podobnie jak nanocząstki złota.

"Działamy dwutorowo, bo nigdy nie ma absolutnej pewności, czy dany pomysł podparty nawet najlepszą podbudową teoretyczną, sprawdzi się w żywym organizmie, gdzie mamy do czynienia z bardzo skomplikowaną biofizyką i biochemią. Żeby zwiększyć szanse sukcesu idziemy tymi dwiema ścieżkami" - dodał dr Ulański.

Projekt IAEA "Nanometryczne układy do podawania radiofarmaceutyków" ma się zakończyć w 2018 r. Dopiero wtedy - według naukowców można będzie ocenić efekty, i - jeśli będą one obiecujące - szukać sposobu finansowania badań na zwierzętach i badań klinicznych.

Kamil Szubański (PAP)