Российскому коллективу ученых при участии соотечественников, работающих за рубежом, удалось выяснить, что витамины можно использовать для лечения рака. Авторы показали, что витамин В2 способен эффективно накапливаться в раковых клетках, и нашли способ его фотоактивации в глубине биотканей для проведения терапии раковых опухолей. Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале Scientific Reports. Работа велась при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).
«Суть проблемы состояла в том, что раньше невозможно было активировать рибофлавин в раковой опухоли. Мы же нашли способ фотоактивации рибофлавина в глубине биоткани благодаря использованию так называемых апконвертирующих наночастиц», — рассказывает один из авторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики поверхности и лазерно-плазменных процессов Института фотонных технологий ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, руководитель гранта РНФ, кандидат физико-математических наук Евгений Хайдуков.
Эффективные фотосенсибилизирующие свойства рибофлавина были известны ранее. Витамин В2 способен нарабатывать активные формы кислорода, уничтожающие раковые клетки. Но суть вопроса сводилась к тому, чтобы научиться активировать (возбуждать) рибофлавин в глубине биоткани и запускать нужный каскад реакций. Дело в том, что рибофлавин способен перейти в возбужденное состояние, если на него воздействовать лучами света в синем или ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. Проблема в том, что такой свет не проникает в биоткань на глубину, достаточную для того, чтобы уничтожить опухоль.
Наилучшими кандидатами на роль «посредника» выступили апконвертирующие наночастицы NaYF4:Yb3+:Tm3+, обладающие уникальными оптическими свойствами. Ионы лантанидов в наночастицах при последовательном поглощении квантов инфракрасного света переходят в метастабильные возбужденные состояния. В этом состоянии энергия, запасенная в наночастицах, при определенных условиях может безизлучательно передаваться молекулам рибофлавина, который, в свою очередь, нарабатывает активные формы кислорода, уничтожающие раковые клетки.
Ученые определили критический уровень рибофлавина, который нужно обеспечить в опухоли для того, чтобы ее можно было уничтожить. Оказалось, что необходимая концентрация рибофлавина составляет 30 микромолей на литр (с точки зрения биологии и медицины это достаточно много). На следующем этапе исследования нужно было понять: можно ли получить требуемую высокую концентрацию витамина в опухоли? Оказалось, что и это возможно.
«Рибофлавин, или витамин В2, является уникальным биологически активным веществом, играющим важную роль в поддержании здоровья человека. Дело в том, что у рибофлавина огромный окислительно-восстановительный потенциал: его производные входят в состав большого числа важнейших ферментов. Таким образом, рибофлавин играет важнейшую роль транспортера энергии в клетках», — подчеркивает Евгений Хайдуков.
Механизм накопления рибофлавина в раковых клетках остается до конца не ясным. Но, по-видимому, это связано с тем, что скорость деления раковых клеток намного выше, чем скорость деления здоровых клеток. То есть потребность в энергии у раковых клеток возрастает.
Используя этот механизм, можно обеспечить необходимую концентрацию рибофлавина в опухолевых тканях. Причем при его системном введении абсолютно отсутствует негативное воздействие на организм в целом, поскольку человеческий организм не накапливает рибофлавин, а любой его избыток легко выводится.
Ученые получили активный супрамолекулярный комплекс, содержащий рибофлавин и апконвертирущие наночастицы (нанофосфоры), которые запускают каскад реакций, приводящих к выделению активных форм кислорода и к уничтожению раковых клеток. Этот комплекс будет вводиться внутривенно.
Наличие в спектре фотолюминесценции комплекса линии на длине волны 800 нм, в дополнение к описанным возможностям, позволяет одновременно проводить оптическую визуализацию состояния опухолевых тканей. Что делает созданный учеными супрамолекулярный комплекс тераностическим агентом (обеспечивающим как диагностику, так и терапию).
«Пока исследования проводились на лабораторных мышах, которым была привита злокачественная опухоль человека — рак молочной железы. При однократном воздействии наблюдалось ремиссия заболевания и уменьшение объема опухоли более чем на 90%», — говорит Евгений Хайдуков.
Ученые планируют дальнейшее сотрудничество со специалистами из Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина, которые являются соавторами представленной работы. Следующим шагом планируются доклинические испытания полученной методики.
