19 października 2009

Nauka – nanomedycyna, nanoonkologia

NANO – technologia XXI wieku

Coraz częściej w prasie naukowej, jak i w artykułach popularyzujących naukę można spotkać publikacje dotyczące nowej technologii badań molekularnych – nanotechnologii. Oferuje ona możliwość badania komórek prawidłowych i nowotworowych. Użycie nanocząsteczek będzie stanowiło znaczny postęp w diagnostyce i leczeniu chorób nowotworowych.

W maju 2008 roku w Genewie, w czasie konferencji naukowej Organizacji Europejskich Instytutów Onkologii (OECI), Umberto Veronesi, światowy autorytet w dziedzinie onkologii, stwierdził, że nanotechnologia zrewolucjonizuje wszystkie aspekty onkologii – od badań podstawowych do molekularnego obrazowania, od diagnostyki laboratoryjnej do wczesnego rozpoznania i skryningu, od celowanej i personalizowanej terapii do leczenia objawowego. Jest to kierunek nazwany onkologią wykorzystującą nowe technologie (Technology Assisted Oncology – TAO). Wiodące europejskie centra onkologiczne powinny wspólnie rozwijać nanomedycynę i promować nanotechnologię jako nową multidyscyplinarną dziedzinę wiedzy biologicznej i chemicznej.

Nanocząsteczki
Właściwości nanomateriałów oferują nowe możliwości manipulacji chemiczno-fizycznych w skali miliardowej części metra (10-9), a więc procesów biochemicznych we wnętrzu komórki.
Nanocząstki mniejsze niż 20 nm mogą łatwo przechodzić przez ściany naczyń oraz barierę krew – płyn mózgowo-rdzeniowy. Cząsteczki wielkości do 200 nm przechodzą do przestrzeni pozanaczyniowej i koncentrują się w guzie, docierając do specyficznych białek na powierzchni komórki i przenosząc przeciwciała molekularne lub białka integryny. Liposomy mają rozmiary 50 i 250 nm i mogą akumulować leki w guzach litych.
Nanorurka węglowa może być nie większa niż 1nm.
Dendrymery są cząstkami o bardzo wielu ramionach, symetrycznie usytuowanych wokół centralnego rdzenia, a ich wielkość i kompozycja może być regulowana przez pH, temperaturę i koncentrację. Rdzeń może być miejscem dla leku, a grupy zewnętrzne są w stanie zapewniać rozcieńczalność i właściwości chemiczne. Dendrymery można zaopatrzyć w jony metali, tworząc nanocząsteczki fluoryzujące. W ten sposób możliwe jest prowadzenie badań fluorescencyjnych wnętrza komórki.
Dla przenoszenia leków najbardziej obiecujące są nanomuszelki utworzone z dielektrycznego rdzenia i pokryte cienką warstwą metalu (np. złota).
Przykłady te wyraźnie ukazują, że budowa nanocząsteczek obejmuje wiele dziedzin nauki, od fizyki do chemii, od biologii molekularnej do biofizyki błony komórkowej i od medycyny do fizjologii komórki.
Nanotechnologia pozwala na badania biofizjologii komórki – zarówno jej błony, jak i struktur wewnętrznych. Możliwości badania i interwencji w komórkach nowotworowych są ogromne. W diagnostyce nanocząstki (dendrymery) zawierające jony gadolinu mogą przy zastosowaniu rezonansu magnetycznego (MR) wykrywać guzy zbudowane ze 100 000 komórek, a więc tysiąc razy mniejsze niż wykrywane obecnie. Możliwe będzie rozpoznawanie nowotworu w jego bardzo wczesnych stadiach, mikroprzerzutów do węzłów chłonnych i innych narządów oraz monitorowanie leczenia. Różne specyficzne dla nowotworów nanocząsteczki zawierające fluorofory używane będą do nieinwazyjnego badania molekularnych i tkankowych zmian (tzw. biopsji optycznej).
Powstają nowe generacje markerów fluorescencyjnych i nowe, wysokoczułe i precyzyjne techniki obrazowania nowotworów.
Rezonans magnetyczny może wykrywać koncentrację ultramałych, superparamagnetycznych nanocząsteczek przeciwciał z jonami żelaza na powierzchni komórek. Badania przedkliniczne, które są w toku, umożliwią wprowadzenie w przyszłości tej metody do kliniki nowotworów.
Nanotechnologia stwarza nowe możliwości leczenia nowotworów. Zbliżamy się do ideału: „wykryj i zniszcz” komórkę nowotworową, stosując nanorurki węglowe, złote nanomuszelki czy dendrymery odpowiednio zaopatrzone w leki oraz specyfiki rozpoznające komórkę nowotworową – można ją zniszczyć lub unieszkodliwić, nie uszkadzając komórek prawidłowych. Jest to idealna terapia, dotychczas w onkologii nieosiągalna. Stosowane są nanocząsteczki akumulujące się w guzie, działające na białka błony komórkowej – przeciwciała monoklonalne i białka integryny. Najczęściej są używane obecnie złote nanomuszelki, które sterowane przez promieniowanie podczerwone, wchodzą do guza i niszczą go przez miejscowe podgrzewanie. Stosuje się kompleksy żelowe nanodiamentów związanych z lekami, np. Doksorubicynę czy mikropęcherzyki, z których uwalniane są cytostatyki. Badania takie prowadzi się w USA i w ramach programów ogólnoeuropejskich.
Doksorubicyna w liposomach stosowana już jest w leczeniu mięsaka Kaposiego, nanocząsteczki z paclitakselem w raku piersi. Nanocząsteczkowe kontrasty stosowane są w radiologii w skaningach rezonansu magnetycznego i tomografii komputerowej, ultrasonografii i medycynie nuklearnej.
Jak widać, nanomedycyna i nanoonkologia jest globalnym wyzwaniem dla wielodyscyplinarnych badań na całym świecie.
Można sądzić, że za pięćdziesiąt lat możliwe będzie wczesne rozpoznanie nowotworu i jego skuteczne zniszczenie, bez wpływu na jakość i długość przeżycia. Jest to cel realistyczny, możliwy do osiągnięcia przez integrację nanoonkologii z dotychczas stosowanymi naukami onkologii klinicznej i badaniami biologicznymi.

Andrzej Kułakowski

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza