Сенсибилизированный золотыми наночастицами фототермолиз выглядит перспективной стратегией противоопухолевой терапии.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 4.
УДК 61.001.12/18
Обзор
®\t«ƒª®¬‚‰\t\b¬ ©\b\t‚\n\b \b\t®
¬\n\b\b€¿® ¿\b  ª¿°®\b\t‚\b
¼„¼–
С. Чумаков
ФГБОУ ВПО СГУ им.
Г.
Чернышевского, кафедра биохимии и биофизики, аспирант;
В. Баско
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им.
Разумовского Минздрава России, кафедра факультетской хирургии и онкологии,
И. Дихт
— ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им.
Разумовского Минздрава России, кафедра эндокринологии,
ассистент, кандидат медицинских наук;
Б. Бучарская —
драва России, руководитель научно-образовательного центра фундаментальной медицины и нанотехнологий, кандидат
биологических наук;
Т.
И. Родионова
— ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им.
Разумовского Минздрава России, заведу
ющая кафедрой эндокринологии, профессор, доктор медицинских наук;
Г.
С. Терентюк
— ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ
Разумовского Минздрава России, научно-образовательный центр фундаментальной медицины и нанотехнологий,
научный сотрудник, профессор, доктор биологических наук.
´ŽŽ–º´²„–…–¾Ž·´–…Ž¶–²–²¶³´·±´…±³²¶³´Ž¹„…³½Ž„³…²„…¼„¼–
S. COumakov
V. Basko
Saratov
State Medical University n.a.
V.
Razumovsky, Department of Surgery and Oncology, Post-graduate;
I. DikOt
Saratov State Medical University n.a.
V.
Razumovsky, Department of Endocrinology, Assistant, Candidate of Medical
B. BucOarskaya
— Saratov State Medical University n.a.
V.
Razumovsky, Head of Scienti�c Educational Centre of
Fundamental Medicine and NanotecOnologies, Candidate of Biological Science
Т.
Saratov State Medical University
Terentyuk
Saratov State
Medical University n.a.
V.
Razumovsky, Scienti�c Educational Centre of Fundamental Medicine and NanotecOnologies, ResearcO
Assistant, Professor, Doctor of Biological Science.
Дата поступления
г.
Дата принятия в печать — 25.11.2013 г.
Чумаков Д.
Баско М.
Дихт Н.
Бучарская А.
Родионова Т.
Терентюк Г.
Апробация плазмонно-ре
зонансной фототермической терапии злокачественных опухолей в условиях экспериментов
(обзор) // Сара
Лазерная термотерапия все чаще используется в клинической практике для лечения злокачественных но
вообразований. Ее существенное ограничение, связанное с низкой пространственной селективностью, может
быть частично преодолено за счет использования плазмонно-резонансных золотых наночастиц в качестве
фототермосенсибилизаторов. Пластичность синтеза, уникальные оптические свойства и низкая токсичность
делают золотые наноструктуры перспективными противоопухолевыми агентами. В обзоре рассматривается
обширный экспериментальный материал, касающийся апробации плазмонно-резонансной фототермической
терапии на экспериментальных животных с привитыми и индуцированными опухолями. Результаты проведен
ных исследований позволяют прогнозировать возможность внедрения данной терапевтической технологии в
клиническую практику.
лазерный фототермолиз, золотые наночастицы, противоопухолевая терапия.
COumakov D.
Basko M.
V.,
DikOt N.
BucOarskaya A.
Rodionova Т.
Terentyuk G.
Approbation of plasmon
pOototOermal cancer tOerapy in experiments in vivo (review) // Saratov Journal of Medical Scienti�c ResearcO. 2013. Vol.
№ 4. P. 700–706.
Laser tOermal tOerapy is increasingly being used in clinical practice for cancer treatment. Its major limitation is as
sociated witO low spatial selectivity. TOis restriction may be excluded by tOe use of plasmon-resonant gold nanoparticles
as pOototOermal sensitizers. Tunable syntOesis, unique optical properties and low toxicity make gold nanostructures
promising as a tOerapeutic agent for cancer treatment. TOe researcO work Oas presented tOe experimental data tOat
animals. Taking into consideration tOe researcO results it is determined tOat tOe transition of tOis tOerapeutic tecOnology
laser pOototOermolysis, gold nanoparticles, cancer tOerapy.
Современные технологии лазерной гипертер
мии, использующиеся в качестве противоопухолевой
терапии, имеют существенный недостаток, который
заключается в их низкой пространственной селектив
ности нагрева, затрагивающего как опухолевые, так
и окружающие здоровые ткани [1]. Одним из спосо
бов повышения селективности лазерного нагрева
является фототермосенсибилизация опухолевых
Ответственный автор
— Терентюк Георгий Сергеевич
Адрес: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 98
Тел: 8 845 2 461302
тканей золотыми наночастицами различной формы
и структуры: золотыми наносферами [2–4] нанообо
лочками [5–7], наностержнями [8–10], наноклетками
[11] и другими разновидностями [12]. Контроль за
соотношением эффективностей поглощения и рас
сеяния частицами, а также спектральная настройка
плазмонного резонанса отдельных частиц на жела
емую длину волны достигаются за счет синтеза на
ноструктур
различными параметрами [13, 14]. При
их облучении лазером с длиной волны, близкой к
плазмонной полосе поглощения, можно осуществить
Saratov Journal of Medical Scienti�c ResearcO. 2013. Vol. 9, № 4.
–…±–·–¸¹
термолиз только клеток, меченных наночастицами.
При этом окружающие здоровые ткани остаются не
поврежденными [15, 16]. Подобная технология была
разработана в последнее десятилетие и получила
название плазмонно-резонансной фототермической
терапии (ПРФТТ) [17]. В опубликованных на эту тему
работах сообщается о возможности спектральной
настройки плазмонного резонанса наночастиц в «те
рапевтическое окно прозрачности» (750–1100 нм) и
достижении приемлемого соотношения между их
эффективностями поглощения и рассеяния [18–20].
Практически во всех работах, посвященных экспе
риментальной апробации ПРФТТ, использовались
полупроводниковые лазеры с длиной волны порядка
805–810 нм.
Селективное накопление наночастиц в биоло
гической мишени может быть достигнуто путем как
пассивной, так и активной доставки. В первом слу
чае немодифицированные наночастицы могут на
капливаться в биологической мишени за счет раз
мерного
-эффекта [21,22]. Дополнительная
поверхностная модификация золотых наночастиц
полиэтиленгликолем (ПЭГ) препятствует их агломе
рации и повышает стабильность в условиях циркуля
ции в кровотоке [23]. Второй («активный») подход за
ключается в модификации поверхности наночастиц
биологическими зондами, способными специфиче
ски связываться с определенными молекулярными
мишенями на мембранах опухолевых клеток. Проце
дура присоединения молекул к поверхности частицы
называется «функционализацией», а термин «конъ
югат» обычно используется для обозначения функ
ционализованных частиц [24]. До лазерной терапии
на поверхность опухоли могут быть апплицированы
иммерсионные агенты, выравнивающие показатели
преломления (в том числе ПЭГ) и снижающие интен
сивность обратного рассеяния света верхними слоя
ми кожи [25].
Сенсибилизированный золотыми наночастицами
фототермолиз выглядит перспективной стратегией
противоопухолевой терапии. Тем не
менее некото
рые проблемы и вопросы, связанные с данным под
ходом пока далеко от своего разрешения. В их числе:
оптимизация размера и формы золотых наночастиц
режима лазерного воздействия, способа введения
наночастиц в организм, а также валидация методов
оценки накопления наночастиц в опухоли, исследо
вание биологических эффектов фототермического
воздействия и потенциальной токсичности золотых
наноструктур.
Биологические эффекты термической тера
Гипертермия приводит к множественным по
вреждениям на клеточном уровне. В частности, на
грев способствует разрыву водородных и ионных
связей в белковых структурах, что приводит к изме
нению их пространственной структуры [26]. Характер
нарушения пространственной структуры белков при
нагреве сильно зависит от значения
. Опухолевые
ткани по сравнению с нормальными характеризуют
ся более кислой средой. Причиной ацидоза является
недостаточное кровоснабжение опухолей и протека
ющий в них интенсивный анаэробный гликолиз, в ре
зультате которого образуется молочная кислота. Низ
кое значение
в микроокружении опухоли обычно
ассоциировано с повышенной термочувствительно
стью злокачественных клеток [27]. На примере мно
гих клеточных линий было показано, что гипертермия
приводит к нарушению функционирования мембран
ных белков, которые в норме выполняют стабили
зирующую [28], транспортную [29] и рецепторную
[30] функции. Повреждение мембранных белковых
структур непосредственно связано с гибелью клеток.
Помимо этого, реализация гипертермии приводит к
ингибированию синтеза биополимеров: белков, ДНК
и РНК, причем степень ингибирования находится в
непосредственной зависимости от степени темпе
ратурного приращения [31]. Также было отмечено,
что гипертермия приводит к нарушению функцио
нирования различных цитоскелетных структур [32].
В зависимости от интенсивности нагрева указанные
молекулярные повреждения могут репарироваться
или же приводить к некрозу клетки. Некроз представ
ляет собой процесс деградации клеточных структур,
развивающийся при отмирании клеток и тканей и вы
свобождении литических ферментов из них и клеток
воспалительного инфильтрата мобилизованных из
кровеносного русла. Часть клеток при гипертермии
гибнет вследствие апоптоза, который представляет
собой механизм гибели клеток, с помощью которо
го осуществляется их физиологическая элиминация
из организма [33]. В отличие от некротизируемых
структур, клетки, гибнущие вследствие апоптоза,
вызывают воспалительную реакцию. Наиболее
основательная микроскопическая оценка тканевых
повреждений при гипертермии может быть дана
ранее чем через 24–72 часа после терапевтиче
ского воздействия [34].
ПРФТТ экспериментальных моделей рака у жи
вотных с использованием золотых наносфер.
носферы являются наиболее просто организованной
разновидностью золотых наночастиц. Несмотря на
достаточно простую процедуру синтеза, использова
ние этих структур для фототермолиза опухолей огра
ничено. Это ограничение связано с возможностью
настройки плазмонно-резонансного поглощения на
носфер исключительно на видимую область спектра,
в которой биоткани характеризуются наименьшим
пропусканием [35]. Таким образом, использование
данного вида наночастиц может быть оправдано лишь
для опухолей поверхностной локализации: различных
новообразований кожи и слизистой.
В частности, сенсибилизированная золотыми на
носферами фототермическая терапия была апроби
рована в работе
и соавторов [2]. Для терапии
привитых мышам карцином Эрлиха авторы исполь
зовали золотые наносферы, плазмонно-резонансное
поглощение которых было настроено на длину волны
518 нм. Облучение осуществлялось аргоновым ла
зером, излучающим в зеленом диапазоне. При этом
плотность мощности лазера составила 55 мВт/см
, а
длительность облучения
— 45 минут. У облученных
животных имело место торможение роста опухолей.
Также методом широкополосного рассеяния рентге
новских лучей была произведена оценка состояния
белковых структур в облученных опухолевых тканях
и отмечено их значительное повреждение.
В недавней публикации сообщается об использо
вании золотых наносфер диаметром 30 нм и пиком
резонансного поглощения на 529 нм для фототер
молиза карциномы защечного мешка у сирийских хо
мячков. Данная опухоль была индуцирована 7,12
метилбензантраценом. Выбор подобной модели был
обусловлен тем, что данная опухоль по поведению,
экспрессии онкомаркеров и морфологии напоминает
человеческую плоскоклеточную карциному полости
рта. В данной работе было реализовано интратумо
ральное введение суспензии наночастиц в дозировке
10 мкг/г золота. Облучение осуществлялось в тече
Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 4.
­ª
ние 15 минут лазером видимого диапазона с длиной
волны 532 нм и плотностью мощности 150 мВт. Тем
пературное приращение для облучаемой при таких
параметрах опухоли составило 6,9±1°
Для группы
животных с опухолями, у которых была реализована
ПРФТТ, отмечалось снижение объема опухоли после
лазерного воздействия на 83 % по сравнению с перво
начальным. Среднее время выживаемости для этой
группы составило в среднем 6,1±0,99 недели, что на 4
недели больше, чем для группы хомяков с опухолями,
которых не
подвергали никаким воздействиям. Прове
денные гистохимические исследования также свиде
тельствовали о значительном повреждении опухоле
вой ткани на клеточном уровне. Так, при реализации
фототермолиза с наносферами в клетках опухоли от
мечалось значительное снижение уровня экспрессии
-ядерного антигена пролиферации, который яв
ляется индикатором интенсивности синтеза молекул
ДНК. По данным трансмисионной электронной микро
скопии, у животных с реализованной ПРФТТ в опухо
левых тканях были также идентифицированы мор
фологические признаки апоптоза: сморщенные ядра,
разрыв ядерной мембраны, конденсация хроматина,
пузырение поверхности клетки и т.д. [3].
Терапевтическая эффективность ПРФТТ и ее
механизмы зависят в том числе и от параметров из
лучения. При использовании непрерывных лазеров
основное повреждение опухолевых клеток и тканей
связано с нагревом. Применение лазерных импуль
сов определенной длительности позволяет добиться
фотоиндуцированного взрыва золотых наносфер. При
этом значение имеет не
только нагрев, но и давление,
создаваемое водяным паром и паром расплавлен
ного золота, что сопровождается кавитационными
воздействиями и образованием ударных волн [35].
Таким образом, повреждение клеточных структур в
данном случае связано преимущественно с механи
ческим воздействием. Лазерные импульсы индуци
руют образование распространяющихся плазмонных
нанопузырьков, которые разрушают цитоскелетные
структуры клетки и плазматическую мембрану [4]. В
работе
и соавторов технология генера
ции плазмонных нанопузырьков использовалась для
повышения глубины проникновения липосомальной
формы доксорубицина в привитые мышам человече
ские плоскоклеточные карциномы головы и шеи. Для
образования нанопузырьков полые золотые наносфе
ры облучались лазером с длиной волны 780 нм и дли
тельностью импульса 70 пс. Отмечалось практически
десятикратное повышение терапевтической эффек
тивности в случае сочетания импульсного лазерного
воздействия в присутствии золотых наносфер и хими
отерапии по сравнению с реализацией исключитель
но химиотерапии [36].
ПРФТТ экспериментальных моделей рака у
животных с использованием золотых нанооболо
Золотые нанооболочки принадлежат к перспек
тивному классу наночастиц с управляемыми оптиче
скими свойствами. Они состоят из диэлектрического
ядра, покрытого тонкой металлической (золотой) обо
лочкой. Возможности их поверхностной функциона
лизации и достижения определенного соотношения
диаметра ядра и толщины оболочки позволяют соз
давать наночастицы, эффективно поглощающие и
рассеивающие свет в видимом и инфракрасном диа
пазонах, и использовать их для селективного мече
ния опухолевых клеток [6].
Плазмонно-резонансная фототермическая тера
пия с использованием нанооболочек впервые была
реализована для мышей с привитыми подкожно
опухолями. В опухоли экспериментальной группы
животных непосредственно вводили модифициро
ванные полиэтиленгликолем золотые нанооболочки
под контролем МРТ. В контрольные опухоли интра
туморально вводили раствор хлорида натрия. Далее
опухоли подвергались облучению лазером ближнего
ИК-диапазона, причем по мере облучения и после
выключения лазера осуществлялся неинвазивный
мониторинг температуры как опухолевой ткани,
так и прилегающих к ней здоровых. После облуче
ния мыши были подвергнуты эвтаназии, а образцы
опухолевых тканей забраны для гистологического
исследования. Для облученных опухолей с пред
варительно введенными золотыми наночастицами
отмечались обширные некротические повреждения
тканей преимущественно в тех участках, на которые
воздействовал лазер. Оценка температурного про
филя опухолевой ткани осуществлялась во время
облучения и в течение некоторого времени после
выключения лазера методом магнитно-резонанс
ной термометрии. Анализ термограмм выявил, что
температура злокачественного новообразования за
4–6 минут лазерного воздействия поднималась на
. Подобное приращение вызывает необ
ратимые тканевые повреждения. Изменение темпе
ратуры у опухолей контрольной группы животных,
которым не
вводили нанооболочки, было не
столь
значительным и составило 9,1±4,7°
Такой нагрев
вызывает интенсивную гибель клеток [5].
Позже этими же авторами было проведено иссле
дование с целью оценки эффективности и времени
дожития животных при реализации данной терапии.
Осуществлялся мониторинг опухолевого роста и
регрессии на протяжении 90 дней. Опухоли приви
вались мышам подкожно, а золотые нанооболочки
вводились внутривенно. Достаточное для реализа
ции фототермической терапии накопление в опухоли
препарата наночастиц достигалось через 6 часов.
Облучение осуществлялось в течение 3 минут полу
проводниковым лазером ближнего ИК-диапазона с
длиной волны 808 нм и плотностью мощности 4 Вт/
. Для группы мнимого воздействия была реали
зована лазерная терапия при таких же параметрах
облучения, однако им вместо суспензии наночастиц
внутривенно вводили раствор хлорида натрия. Жи
вотных контрольной группы не
подвергали никаким
воздействиям. В течение первых 10 дней после экс
периментальных манипуляций степень изменения
объема новообразования для трех групп животных
очень сильно варьировала. Для эксперименталь
ной группы мышей, которым внутривенно вводили
золотые нанооболочки, к десятому дню отмечалась
100 % резорбция опухоли, причем такой результат
сохранился до конца исследования. В контрольной
группе и группе мнимого воздействия объем опухоли
за две недели увеличился вдвое, составив более 5 %
от массы тела. Животные этих групп были подвер
гнуты эвтаназии. Среднее время дожития для живот
ных экспериментальной группы составило более 60
дней, а для контрольной и группы мнимого воздей
ствия 10,1 и 12,5 дней соответственно [37].
В одной из недавних работ был реализован фо
тотермолиз ксенотрансплантатной модели челове
ческого колоректального рака линии
116, при
витого подкожно безтимусным мышам. Животным
внутривенно вводили 100 мкл суспензии покрытых
ПЭГ золотых нанооболочек или аналогичный объем
раствора, содержащий нанооболочки, функционали
Saratov Journal of Medical Scienti�c ResearcO. 2013. Vol. 9, № 4.
–…±–·–¸¹
зованные
-трипептидом. Параметры лазерного
облучения были подобраны таким образом, чтобы
обеспечить достижение опухолью гипертермических
температур. Согласно моделированию, поддержа
ние температуры 47°С в течение 10 минут приведет
к уничтожению 50 % злокачественных клеток. Для
группы животных, которым вводили нанооболочки
без адресных молекул на поверхности, был реализо
ван следующий режим лазерной терапии. Использо
вался лазер ближнего ИК диапазона с длиной волны
808 нм, выходной мощностью 1,2 Вт, 75 %-ным рабо
чим циклом и диаметром лазерного пятна, равным 1
см. Через 5 минут облучения центральные области
опухоли были нагреты до 47єС. Эта температура да
лее поддерживалась на протяжении 5 минут. Реали
зация режима гипертермии для группы мышей с вве
денными функционализованными
-трипептидом
нанооболочками приводила к более выраженным не
кротическим изменениям в опухоли по сравнению с
упомянутой группой, из чего можно сделать вывод,
что модифицированные адресными молекулами зо
лотые наночастицы являются более эффективными
термосенсибилизаторами. При терапии животных с
введенными адресными наночастицами отмечались
более глубокие кровоизлияния в опухолевой ткани.
Значительные некротические и геморрагические по
вреждения затрагивали центральные области ново
образования. Для группы животных с введенными
адресными наночастицами также отмечалось ин
тенсивное повреждение опухолевых сосудов. Таким
образом, результаты данного исследования подчер
кивают, что использование стратегии активной до
ставки позволяет существенно повысить эффектив
ность фототермической терапии опухолей [38].
Шварцем и соавторами недавно проведено ис
следование, в котором ими
была продемонстри
рована возможность пассивной доставки нанообо
лочек в ортотопическую опухоль, привитую в мозг
собакам трансмиссивную венерическую саркому.
Фрагменты опухоли выращивались у мышей с тя
желым комбинированным иммунодефицитом, по
сле чего она прививалась в теменную долю мозга
собакам смешанной породы с иммуносупрессией.
Данные опухоли служили прообразом метастатиче
ских новообразований головного мозга. Животным
внутривенно вводили 150 нм золотые нанооболочки.
Накопление наночастиц в интракраниальных опухо
лях достигалось в течение нескольких часов. Доста
точно эффективное задержание наночастиц в ткани
опухоли свидетельствовало о том, что образуемая
трансмиссивной венерической саркомой сосудистая
сеть характеризуется гораздо большей проницаемо
стью, чем гематоэнцефалический барьер. Лазерный
термолиз новообразования был осуществлен при
помощи чрескожного оптоволоконного световода
ближнего ИК диапазона с длиной волны 808 нм, вы
ходная мощность излучения составила 3,5 Вт. За 3
минуты, на протяжении которых осуществлялось об
лучение, температура опухоли достигла значения
Аналогичный терапевтический прото
кол был реализован для лазерного воздействия на
белое и серое вещество противоположной стороны
головного мозга. Облучение здоровых тканей при
вело к достижению ими
сублетальной температуры
Параметры облучения были подобраны
таким образом, чтобы минимизировать термические
повреждения нормальных тканей и компенсировать
случайный характер распределения золотых нано
оболочек в опухоли. Посмертные гистологические
исследования здоровых и патологических тканей
мозга, подвергшихся воздействию, подтвердили эф
фективность и селективность сенсибилизированного
нанооболочками фототермолиза [39].
ПРФТТ экспериментальных моделей рака у
животных с использованием золотых наностерж
Основательное исследование, посвященное ре
ализации ПРФТТ опухолей с использованием золо
тых наностержней в условиях
, было проведено
и соавторами [40]. В нем отмечается полно
ценная лазерная деструкция ксенотрансплантатных
моделей человеческой опухоли, привитых мышам
при однократном внутривенном введении в организм
животных модифицированных полиэтиленгликолем
золотых наностержней. В данном исследовании, в
частности, проверялась гипотеза о возможности до
стижения эффективного термолиза опухолевой тка
ни при однократном введении покрытых ПЭГ золотых
наностержней и использовании теоретически рас
считанных параметров лазерного излучения для те
рапии. В работе использовались безтимусные мыши
с привитым человеческим раком молочной железы
-435. Различным группам животных
внутривенно вводили суспензию золотых наностерж
ней или раствор хлорида натрия. Через несколько
часов после введения золотых наночастиц область
правой лопатки у мышей подвергали лазерной тера
пии в течение 5 минут. Длина волны лазера состав
ляла 810 нм, а плотность мощности излучения
порядка 2 Вт/см
. Через определенные промежутки
времени после терапии осуществлялся мониторинг
опухолевого роста. С целью полноценной оценки вы
живаемости животные были разделены на 4 группы.
Животным экспериментальной группы вводили вну
тривенно золотые наностержни, после чего облуча
ли. Животным первой контрольной группы вводили
суспензию наночастиц без последующего облучения.
Мышам второй контрольной группы внутривенно
вводили физиологический раствор с последующим
облучением. Для животных третьей контрольной
группы было реализовано только внутривенное вве
дение физиологического раствора. Для всех групп
осуществлялся мониторинг опухолевого роста по
сле воздействия. Через 10 дней после облучения
у мышей, для которых была реализована фототер
мическая терапия с использованием покрытых ПЭГ
золотых наностержней, не
обнаруживались признаки
наличия опухоли. Через 20 дней после воздействия
у животных экспериментальной группы на месте опу
холи детектировался небольшой рубец. У животных
с введенными наночастицами и последующим облу
чением не
регистрировалось снижение веса как при
реализации фототермической терапии, так и после
нее. Оценка гематологических параметров выявила
незначительное, но статистически достоверное по
вышение содержания в крови у подвергшихся фото
термолизу животных палочкоядерных нейтрофилов.
В проведенном нами исследовании исследова
лись фототермические эффекты, проявляемые зо
лотыми наностержнями, накопленными в результате
внутривенного введения в привитых мышам опухо
левых тканях карциномы Эрлиха. Наностержни име
ли осевое соотношение, равное 4, а их продольный
поверхностный резонанс был настроен на ближнюю
инфракрасную область (810 нм). Животные были по
делены на две экспериментальные группы. Мышам
первой экспериментальной группы в хвостовую вену
вводили 0,4 мл суспензии наночастиц с оптической
плотностью 5. Животным второй эксперименталь
Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 4.
­ª
ной группой вводили аналогичный объем суспензии
с оптической плотностью 20. Через день после вну
тривенного введения наностержней осуществлялся
лазерный нагрев опухолевой ткани и симметрично
расположенного здорового участка. Объем ново
образования, подвергавшегося терапии, составлял
1,7–2,3 см
. Облучение осуществлялось на протяже
нии 5 минут полупроводниковым лазером ближнего
ИК диапазона с длиной волны 810 нм. Плотность
мощности лазерного излучения составила 4 Вт/см
Нагрев опухолевых тканей, не
содержащих наноча
стицы, практически не
отличался по характеру от
нагрева здоровых тканей. При лазерном облучении
здоровых тканей животных, которым внутривенно
вводили наночастицы, максимальные температуры
превышали контрольные значения на 5–7°С.
новное температурное приращение при облучении
опухолевых тканей с наночастицами достигалось за
первые 100 секунд нагрева, после чего его темп сни
жался. По данным атомно-абсорбционной спектро
скопии, через день после внутривенного введения
концентрация покрытых ПЭГ золотых наностержней
в опухоли в 3–4 раза превышала содержание наноча
стиц в мышечной ткани. Интересно отметить, что при
одинаковой концентрации наночастиц в опухоли и
водной суспензии для ткани отмечался более интен
сивный нагрев. Это может быть связано с различием
термофизических свойств воды и ткани, образова
нием вследствие агрегации нагревающихся более
эффективно конгломератов наночастиц в опухоли,
а также перераспределением лазерного излучения
в тканях вследствие множественного рассеяния [41].
ПРФТТ экспериментальных моделей рака у
животных с использованием золотых нанокле
ток.
Золотые наноклетки представляют собой более
сложную и совершенную разновидность наночастиц.
Основная их особенность заключается в полостной
структуре и наличии пор. Данные наночастицы могут
быть использованы как для фототермолиза опухо
левых тканей, так и для инкапсуляции противоопу
холевых лекарственных препаратов с последующей
доставкой к злокачественным клеткам. Впрочем, по
добная инкапсуляция сопряжена с определенными
трудностями [11].
Плазмонно-резонансная фототермическая тера
пия, основанная на использовании золотых нано
клеток, была апробирована на мышах с привитыми
билатеральными человеческими глиомами линии
87. В исследовании использовались покрытые ПЭГ
золотые наноклетки диаметром 92 нм. Небольшая
плотность мощности лазера (0,7 Вт/см
) компенси
ровалась достаточно высокой дозой золотых наноча
стиц, вводимых внутривенно. Концентрация золота
в вводимой суспензии составила 10 мг/мл. По мере
облучения также осуществлялся неинзвазивный мо
ниторинг температуры опухолевой ткани при помощи
ИК-термометрии. Для экспериментальной группы жи
вотных, у которых введение золотых наноклеток соче
талось с облучением лазером, максимальная темпе
ратура поверхности опухоли при нагреве составила
в среднем 54°С.
Проведенные патоморфологические
исследования также выявили некроз опухолевой
ткани с накопленными золотыми наноклетками при
условии ее облучения лазером. Некротизация затра
гивала примерно 66 % от всего объема новообразо
вания. Были детектированы такие тканевые повреж
дения, как пикноз, цитоплазматическая ацидофилия,
кариолизис и деградация внеклеточного матрикса
опухоли. Для оценки характера изменения метабо
лизма опухоли после реализации фототермической
терапии авторы использовали метод позитронно-
эмиссионной томографии с
-фтордеоксиглюкозой
(ПЭТ с
-ФДГ). У группы животных с введенными
наноклетками через сутки после облучения лазером,
по данным ПЭТ, отмечалось значительное снижение
потребления опухолью
-ФДГ. Доза потребления
-ФДГ на грамм ткани опухоли снизилась на 70 %
по сравнению со значением, зарегистрированным до
терапевтического воздействия [42].
Клинический потенциал фототермической те
Лазерная термотерапия уже заняла опреде
ленную нишу в онкологической практике. Существу
ют определенные показания и противопоказания к
селективной лазерной гипертермии опухолей.
Показаниями являются: наличие местно-распро
страненных новообразований наружных локализа
ций, не
подлежащих хирургическому вмешательству,
наличие рецидивов или метастазов одиночного и мно
жественного характера, наличие перифокального вос
паления при новообразованиях кожи, необходимость
реканализации просвета пищевода и транхеобранхи
ального дерева. К противопоказаниям относят осла
бленное состояние больных, опасность кровотечения,
а также большие размеры новообразования, при ко
торых невозможно обеспечить значительный и равно
мерный прогрев всей массы опухоли [43].
Управлением по контролю качества пищевых про
дуктов и лекарственных средств США было лицензи
ровано проведение в 2011
г. пилотного клинического
исследования компанией
посвященного оценке эффективности терапии пре
паратом
пациентов с плохо поддающимися
лечению и рецидивирующими опухолями головы и
шеи. В рамках исследования было выделено 3 груп
пы лечения, состояние пациентов каждой из которых
должно было оцениваться на протяжении 6 месяцев
после терапии. Пациентам каждой группы должны
были вводиться золотые нанооболочки в опреде
ленной дозировке, после чего назначались один или
несколько сеансов внутритканевого облучения лазе
ром с длиной волны 808 нм. Дозировка наночастиц
и мощность лазерного излучения при необходимости
могли быть увеличены в каждой группе.
Основными критериями включения в данное ис
следования являлись: наличие у пациентов одной или
нескольких резистентных к терапии и (или) рецидиви
рующих опухолей головы и шеи, доступность опухоли
для диагностики методами фиброоптической назофа
рингоскопии или ларингоскопии, достаточный объем
новообразования, позволяющий забрать на биопсию
примерно 6 мг опухолевой ткани для проведения ней
тронно-активационного анализа [44].
Заключение.
За последние 15
лет работы в об
ласти наноонкологии вышли на новый качественный
уровень. Значительная доля публикаций в этой обла
сти посвящены использованию золотых наночастиц
для лазерной гипертермии злокачественных опухо
лей. Уникальные плазмонно-резонансные свойства и
высокая биосовместимость данных наноструктур де
лают их привлекательными терапевтическими аген
тами. Совершенствование данной терапевтической
технологии осуществляется в нескольких направле
ниях. Целью ряда публикаций является разработка
эффективной стратегии доставки наночастиц к опу
холевой ткани, что может быть достигнуто с помо
щью функционализации их поверхности различны
ми адресными молекулами. Немаловажным также
является вопрос, связанный с оптимизацией пара
Saratov Journal of Medical Scienti�c ResearcO. 2013. Vol. 9, № 4.
–…±–·–¸¹
метров внешнего и внутритканевого лазерного об
лучения. Проведены исследования, в которых пока
зано, что взаимодействие ультракоротких лазерных
импульсов с биологическими тканями, содержащими
золотые наночастицы, может приводить к их нетер
мическому повреждению. При проведении данной
терапии необходимо учитывать оптические и морфо
логические свойства опухоли, а также особенности
взаимодействия лазерного излучения с золотыми на
ночастицами. Эффективность плазмонно-резонанс
ной фототермической терапии была доказана в мно
гочисленных экспериментах на животных, в которых
наблюдались снижение темпа опухолевого роста,
уменьшение размеров новообразования, а иногда
и его полная резорбция. Есть также свидетельства,
что локальная лазерная гипертермия может инду
цировать иммунный ответ. Безусловно, необходимы
дальнейшие исследования лазерной гипертермии,
касающиеся ее использования как монотерапии и в
сочетании с химиотерапией, радиотерапией, имму
нотерапией и фотодинамической терапией. В насто
ящее время эти исследования находятся в состоянии
перехода от доклинической к клинической стадии.
Библиографический список
TOermal tOerapy. Part 3: Ablation / R.
HabasO [et al.] //
Rev. Biomed. Eng. 2007. № 1. P.
N., AbdelOamid
M., Youssef
T.
Low power argon
laser-induced tOermal tOerapy for subcutaneous EOrlicO
carcinoma in mice using spOerical gold nanoparticles // J.
NanotecOnol. 2010. № 6. P.
TOerapeutic ef�cacy of plasmonic pOototOermal
nanoparticles in Oamster buccal poucO carcinoma / M.
A�� [et
al.] // Oral. Surg. Oral.
Oral. PatOol. Oral. Radiol. 2013. №
P.
Tunable plasmonic nanobubbles for cell tOeranostics
/ E.
Y.
Lukianova-Hleb [et al.] // NanotecOnology. 2010. № 8.
P.
NanosOell-mediated near-infrared tOermal tOerapy of
tumors under magnetic resonance guidance / L.
HirsO [et al.]
// Proc. Natl. Acad.
S.A. 2003. № 23. P.
NanosOell enabled pOotonics-based imaging and tOerapy
of cancer / С.
Loo [et al.] // TecOno. Cancer
Res. Treat. 2004. №
3. P.
Near-infrared laser pOototOermal tOerapy of cancer by
using gold nanoparticles: computer simulations and experiment
/ I.
Maksimova [et al.] // Med. Laser Appl. 2007. № 22. P.
Cancer cell imaging and pOototOermal tOerapy in tOe
near-infrared region by using gold nanorods / X.
Huang [et al.] //
Amer. COem. Soc. 2006. № 128. P.
2115–2120.
HypertOermic effects of gold nanorods on tumor cells /
T.
Huff [et al.] // Nanomedicine. 2007. № 2. P.
Gold nanorod assisted near-infrared plasmonic
pOototOermal tOerapy (PPTT) of squamous cell carcinoma in
mice / E.
Dickerson [et al.] // Cancer Lett. 2008. № 1. P.
11.
Immunogold nanocages witO tailored optical properties
for targeted pOototOermal destruction of cancer cells / J.
COen [et
al.] // Nano Lett. 2007. № 5. P.
In vivo particle tracking and pOototOermal ablation
using plasmon-resonant gold nanostars / H.
Yuan [et al.] //
Nanomedicine. 2012. № 8. P.
S., El-Sayed
Dependence of tOe enOanced
optical scattering ef�ciency relative to tOat of absorption for
gold metal nanorods on aspect ratio, size, end-cap sOape,
and medium refractive index // J.
POys. COem. B. 2005. № 43.
P.
Optical ampli�cation of pOototOermal tOerapy witO
gold nanoparticles and nanoclusters / B.
KOlebtsov [et al.] //
NanotecOnology. 2006. № 17. P.
Application of gold nanoparticles to X-ray diagnostics
and pOototOermal tOerapy of cancer / G.
Terentyuk [et al.] //
Proc. SPIE. Saratov Fall Meeting. 2006. P.
Laser-induced tissue OypertOermia mediated by gold
nanoparticles: toward cancer pOototOerapy / G.
Terentyuk [et
Biomed. Opt. 2009. № 2. P.
Plasmonic pOototOermal tOerapy (PPTT) using gold
nanoparticles / X.
Huang [et al.] // Lasers
Sci. 2008. № 3.
P.
Nanoengineering of optical resonances / S.
[et al.] // COem. POys. Lett. 1998. Vol.
288. P.
Optimization of plasmonic Oeating by gold nanospOeres
and nanosOells / N.
Harris [et al.] // J.
POys. COem. B. 2006. №
22. P.
Хлебцов
Г.
Оптика и биофотоника наночастиц с
плазмонным резонансом // Квантовая электроника. 2008. №
EnOanced permeability and retention of
macromolecular drugs in solid tumors: a royal gate for targeted
anticancer nanomedicines // J.
Drug. Target. 2007. № 7–8.
P.
Анализ накопления и биораспределения золотых
нанчастиц в мезентериальных лимфатических узлах при пе
роральном введении / О.
Злобина [и соавт.] // Саратовский
научно-медицинский журнал. 2013. № 3. С.
POarmacokinetic study of PEGylated plasmon
resonant gold nanoparticles in tumor-bearing mice / B.
Kogan [et
al.] // TecO. Proc. NSTI NanotecOnol. Conf. Trade. SOow. 2008.
Vol.
2. P.
W.
Functionalized gold nanoparticles for
application in biotecOnology // J.
Dispers. Sci. TecOnol. 2005.
Vol.
26. P.
Modulation of in vivo tumor radiation response via
gold nanosOell-mediated vascular-focused OypertOermia:
cOaracterizing an integrated antiOypoxic and localized vascular
disrupting targeting strategy / P.
Diagaradjane [et al.] // Nano Lett.
2008. № 5. P.
Molecular and cellular mecOanisms
of OypertOermia alone or combined witO otOer modalities //
HypertOermic oncology / ed. by J.
Overgaard. London: Taylor and
Francis, 1984. P.
A., Calderwood
TOermosensivity of
neoplastic tissues in vivo // HypertOermia in cancer tOerapy / ed.
by F.
Storm. Boston: Hall medical publisOers, 1983. P.
Streffer
MecOanism of Oeat injury // HypertOermic
oncology / ed. by J.
Overgaard. London: Taylor and Francis,
1984. P.
HypertOermia, Na+K+ATPase and lactic acid
production in some Ouman tumour cells / R.
Burdon [et al.] //
Br.
Cancer. 1984. № 4. P.
K., HaOn
TOermal sensitivity and
resistance of insulin-receptor binding in tOermotolerant cells //
BiocOem. BiopOys. Acta. 1983. № 1. P.
Effect of OypertOermia on protein biosyntOesis
in L5178Y murine leukemic lympOoblasts // J.
Cell POysiol. 1974.
№ 3. P.
TOe effects of OypertOermia on cellular macromolecules
/ J.
Roti [et al.] // HypertOermia and oncology / ed. by M.
UtrecOt: VSP, 1988. P.
TOe role of apoptosis in tOe response of cells and
tumours to mild OypertOermia / B.
V.
Harmon [et al.] // Int.
Biol. 1991. № 2. P.
Evaluation of tOe effect on normal liver of interstitial laser
OypertOermia using arti�cial sappOire probes / H.
Sci. 1993. № 8. P.
Vogel
M., Venugopalan
V.
MecOanisms of pulsed
laser ablation of biological tissues // COem. Rev. 2003. № 2.
P.
Plasmonic nanobubbles rapidly detect and destroy
drug-resistant tumors / E.
Y.
Lukianova-Hleb [et al.] // TOeranostics.
2012. № 10. P.
POototOermal tumor ablation in mice using
infrared-absorbing nanoparticles // D.
P.
O’Neal [et al.] //
Cancer lett. 2004. № 2. P.
Integrin бvв
targeted gold nanosOells augment tumor
— speci�c imaging and tOerapy / H.
Xie [et al.] //
Nanomedicine. 2011. № 6. P.
Model feasibility study of particle-assisted laser
ablation of brain tumors in ortOotopic canine / J.
ScOwartz [et
Res. 2009. № 4. P.
Computationally guided pOototOermal tumor tOerapy
using long-circulating gold nanorod antennas / G.
Von MaltzaOn
Res. 2009. № 9. P.
Фототермические эффекты при лазерном нагреве
золотых наностержней в суспензиях и в привитых опухолях
Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 4.
­ª
в экспериментах in vivo / Г.
Терентюк [и др.] // Квантовая
электроника. 2012. № 6. C. 380–389.
Gold nanocages as pOototOermal transducers for
cancer treatment / J.
COen [et al.] // Small. 2010. № 7. P.
811–
Генфольд
Л., Барчук
Лазерная селективная
гипертермия в лечении злокачественных новообразований.
44.
Ottp://www.nanospectra.com/patients/trialinfo.Otml
Translit
TOermal tOerapy. Part 3: Ablation / R.
HabasO [et al.] //
Rev. Biomed. Eng. 2007. № 1. P.
N., AbdelOamid
M., Youssef
T.
Low power argon la
ser-induced tOermal tOerapy for subcutaneous EOrlicO carcinoma
in mice using spOerical gold nanoparticles // J.
Biomed. Nano
tecOnol. 2010. № 6. P.
TOerapeutic ef�cacy of plasmonic pOototOermal nanopar
ticles in Oamster buccal poucO carcinoma / M.
A�� [et al.] //
Oral. Surg. Oral.
Oral. PatOol. Oral. Radiol. 2013. № 6.
P.
Tunable plasmonic nanobubbles for cell tOeranostics
/ E.
Y.
Lukianova-Hleb [et al.] // NanotecOnology. 2010. № 8.
P.
NanosOell-mediated near-infrared tOermal tOerapy of tu
mors under magnetic resonance guidance / L.
HirsO [et al.]
// Proc. Natl. Acad.
S.A. 2003. № 23. P.
NanosOell enabled pOotonics-based imaging and tOerapy
of cancer / S.
Loo [et al.] // TecOno. Cancer
Res. Treat. 2004. №
3. P.
Near-infrared laser pOototOermal tOerapy of cancer by us
ing gold nanoparticles: computer simulations and experiment /
Maksimova [et al.] // Med. Laser Appl. 2007. № 22. P.
Cancer cell imaging and pOototOermal tOerapy in tOe
near-infrared region by using gold nanorods / X.
Huang [et al.] //
Amer. COem. Soc. 2006. № 128. P.
2115–2120.
HypertOermic effects of gold nanorods on tumor cells /
T.
Huff [et al.] // Nanomedicine. 2007. № 2. P.
Gold nanorod assisted near-infrared plasmonic pOoto
tOermal tOerapy (PPTT) of squamous cell carcinoma in mice /
Dickerson [et al.] // Cancer Lett. 2008. № 1. P.
11.
Immunogold nanocages witO tailored optical properties
for targeted pOototOermal destruction of cancer cells / J.
COen [et
al.] // Nano Lett. 2007. № 5. P.
In vivo particle tracking and pOototOermal ablation us
ing plasmon-resonant gold nanostars / H.
Yuan [et al.] // Nano
medicine. 2012. № 8. P.
S., El-Sayed
Dependence of tOe en
Oanced optical scattering ef�ciency relative to tOat of absorption
for gold metal nanorods on aspect ratio, size, end-cap sOape,
and medium refractive index // J.
POys. COem. B. 2005. № 43.
P.
Optical ampli�cation of pOototOermal tOerapy witO gold
nanoparticles and nanoclusters / B.
KOlebtsov [et al.] // Nano
tecOnology. 2006. № 17. P.
Application of gold nanoparticles to X-ray diagnostics
and pOototOermal tOerapy of cancer / G.
Terentyuk [et al.] //
Proc. SPIE. Saratov Fall Meeting. 2006. P.
Laser-induced tissue OypertOermia mediated by gold
nanoparticles: toward cancer pOototOerapy / G.
Terentyuk [et
Biomed. Opt. 2009. № 2. P.
Plasmonic pOototOermal tOerapy (PPTT) using gold
nanoparticles / X.
Huang [et al.] // Lasers
Sci. 2008. № 3.
P.
Nanoengineering of optical resonances / S.
[et al.] // COem. POys. Lett. 1998. Vol.
288. P.
Optimization of plasmonic Oeating by gold nano
spOeres and nanosOells / N.
Harris [et al.] // J.
POys. COem. B.
2006. № 22. P.
Optika i biofotonika nanocOastic s pla
zmonnym rezonansom // Kvantovaja jelektronika. 2008. № 6.
EnOanced permeability and retention of
macromolecular drugs in solid tumors: a royal gate for target
ed anticancer nanomedicines // J.
Drug. Target. 2007. № 7–8.
P.
Analiz nakoplenija i bioraspredelenija zolotyO nancOas
tic v mezenterial’nyO limfaticOeskiO uzlaO pri peroral’nom vve
denii / O.
V.
Zlobina [i soavt.] // Saratovskij naucOno-medicinskij
POarmacokinetic study of PEGylated plasmon reso
nant gold nanoparticles in tumor-bearing mice / B.
Kogan [et al.] //
TecO. Proc. NSTI NanotecOnol. Conf. Trade. SOow. 2008. Vol.
P.
W.
Functionalized gold nanoparticles for
application in biotecOnology // J.
Dispers. Sci. TecOnol. 2005.
Vol.
26. P.
Modulation of in vivo tumor radiation response via gold
nanosOell-mediated vascular-focused OypertOermia: cOaracteriz
ing an integrated antiOypoxic and localized vascular disrupting
targeting strategy / P.
Diagaradjane [et al.] // Nano Lett. 2008. №
5. P.
Molecular and cellular mecOanisms of Oy
pertOermia alone or combined witO otOer modalities // HypertOer
mic oncology / ed. by J.
Overgaard. London: Taylor and Francis,
1984. P.
A., Calderwood
TOermosensivity of
neoplastic tissues in vivo // HypertOermia in cancer tOerapy / ed.
by F.
Storm. Boston: Hall medical publisOers, 1983. P.
Streffer
MecOanism of Oeat injury // HypertOermic
oncology / ed. by J.
Overgaard. London: Taylor and Francis,
1984. P.
HypertOermia, Na+K+ATPase and lactic acid pro
duction in some Ouman tumour cells / R.
Burdon [et al.] //
Br.
Cancer. 1984. № 4. P.
K., HaOn
TOermal sensitivity and
resistance of insulin-receptor binding in tOermotolerant cells //
BiocOem. BiopOys. Acta. 1983. № 1. P.
Effect of OypertOermia on protein biosyntOe
sis in L5178Y murine leukemic lympOoblasts // J.
Cell POysiol.
1974. № 3. P.
TOe effects of OypertOermia on cellular macromole
cules / J.
Roti [et al.] // HypertOermia and oncology / ed. by
Urano. UtrecOt: VSP, 1988. P.
TOe role of apoptosis in tOe response of cells and tu
mours to mild OypertOermia / B.
V.
Harmon [et al.] // Int.
Biol. 1991. № 2. P.
Evaluation of tOe effect on normal liver of interstitial
laser OypertOermia using arti�cial sappOire probes / H.
Sci. 1993. № 8. P.
Vogel
M., Venugopalan
V.
MecOanisms of pulsed
laser ablation of biological tissues // COem. Rev. 2003. № 2.
P.
Plasmonic nanobubbles rapidly detect and destroy
drug-resistant tumors / E.
Y.
Lukianova-Hleb [et al.] // TOeranos
tics. 2012. № 10. P.
POototOermal tumor ablation in mice using near
red-absorbing nanoparticles // D.
P.
O’Neal [et al.] // Cancer lett.
2004. № 2. P.
Integrin bvv
targeted gold nanosOells augment tumor
— speci�c imaging and tOerapy / H.
Xie [et al.] //
Nanomedicine. 2011. № 6. P.
Model feasibility study of particle-assisted laser abla
tion of brain tumors in ortOotopic canine / J.
ScOwartz [et al.] //
Res. 2009. № 4. P.
Computationally guided pOototOermal tumor tOerapy
using long-circulating gold nanorod antennas / G.
Von MaltzaOn
Res. 2009. № 9. P.
FototermicOeskie jeffekty pri lazernom nagreve zolotyO
nanosterzOnej v suspenzijaO i v privityO opuOoljaO v jeksperimen
taO in vivo / G.
Terentjuk [i dr.] // Kvantovaja jelektronika. 2012.
Gold nanocages as pOototOermal transducers for can
COen [et al.] // Small. 2010. № 7. P.
811–817.
Genfol’d M.
L., BarcOuk
Lazernaja selektivnaja
gipertermija v lecOenii zlokacOestvennyO novoobrazovanij. SPb.,
44.
Ottp://www.nanospectra.com/patients/trialinfo.Otml

Приложенные файлы

  • pdf 44320076
    Размер файла: 364 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий