Исследование накопления бора в клетках опухоли после введения препаратов бора как потенциальных доставщиков для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) проводит студентка 2 курса магистратуры кафедры биомедицинской физики Физического факультета Новосибирского государственного университета Ксения Кузьмина. Она работает над данным исследованием в составе большой научной группы, в которую входят НГУ, Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН, Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН и Института биоорганической химии им. акад. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН. Научным руководителем молодой исследовательницы является старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат медицинских наук Анна Касатова. Работа выполняется в рамках стратегического технологического проекта «Центр интеграции персонифицированной биомедицины, фармации и синхротронных, бинарных технологий» программы «Приоритет—2030».
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) — бинарная форма лучевой терапии, основанная на селективном уничтожении клеток злокачественных опухолей. Основным принципом данного вида терапии является избирательное уничтожение только тех клеток, которые содержат достаточное количество изотопа бора-10. Для успешной реализации БНЗТ необходимы агенты адресной доставки бора. Проведение исследований по накоплению борсодержащего препарата является важным этапом в планировании проведения БНЗТ.
— Принцип работы этого метода терапии заключается в том, что борсодержащий препарат, вводимый в организм пациента, накапливается именно в раковых клетках. Затем в ИЯФ СО РАН производится облучение пациента на источнике нейтронов VITA (Vacuum Insulated Tandem Accelerator). Нейтроны взаимодействуют с бором, накопившимся в опухоли, в результате чего запускается ядерная реакция, во время протекания которой образуются тяжелые ионы и альфа-частицы. Последние в процессе ядерной реакции разрушают опухоль, но не затрагивают здоровые клетки, в которых бор не накапливается в достаточном для этого количестве. В настоящее время в клинической практике для адресной доставки бора используется в основном борфенилаланин, относящийся ко второму поколению препаратов данного назначения. Несмотря на многообещающие результаты, полученные в ходе клинических испытаний, ограниченное соотношение бора в опухоли и нормальных тканях у пациентов, получавших борфенилаланин, требует разработки более эффективных и селективных средств доставки бора. Наши коллеги физики и химики из Москвы синтезировали наночастицы элементного бора, функционализировали их биосовместимым покрытием Silane-PEG для улучшения их фармакокинетических свойств и направили нам для исследования пригодности данного препарата в БНЗТ как потенциальных агентов доставки бора в опухоли, — рассказала Ксения Кузьмина.
Исследования биораспределения и цитотоксичности наночастиц бора проводились как in vitro (на живых клеточных культурах), так и in vivo (на лабораторных мышах). На этапе in vitro использовались две клеточных опухолевых культуры человека — карциномы молочной железы (BT474) и глиобластомы (U87), а также на здоровых клетках — фибробластах человека (BJ-5ta) . В ходе исследований было установлено, что данные наночастицы не токсичны для всех трех клеточных культур в концентрациях, необходимых для успешного проведения БНЗТ. Наибольший эффект БНЗТ был обнаружен для клеточной культуры BT474, по данным клоногенного анализа, доля выживших клеток составила менее 1 %. Доля выживших клеток U87 в группе БНЗТ составила 35%, что достоверно отличается от результата, полученного в контрольной группе.
Для исследования биораспределения бора in vivo после внутриопухолевого введения наночастиц элементного бора мышам с привитой опухолью ВТ474 ученые использовали метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Концентрация бора в опухоли через 30 минут после введения составила 163 мкг/г, а через 90 минут – 64 мкг/г. Концентрация бора-10 в крови и мышце была значительно меньше. Соотношение концентраций бора опухоль/нормальная ткань составило 15 и 4 на временных точках 30 и 90 минут, соответственно, что превышает соотношение для препаратов адресной доставки второго поколения. Это говорит о большей селективности исследуемых наночастиц.
— Исследования накопления наночастиц бора в опухолевых и здоровых клетках продолжается. Наша задача — найти такой препарат доставки, который будет очень хорошо накапливаться в опухолях, но почти не задерживаться в крови, почках, печени и головном мозге. С введением в эксплуатацию Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) у нас появится возможность проводить скрининг новых соединений для создания препаратов адресной доставки бора, изучать механизм данного процесса, определять структуры молекул этих веществ. Мы надеемся войти в число первых пользователей СКИФа, — сказала Ксения Кузьмина.
