Спосіб магнітно-резонансної нанотераностики злоякісних пухлин

Реферат: Спосіб магнітно-резонансної нанотераностики злоякісних пухлин, при якому синтезують багатофункціональний магнітний нанокомплекс на основі протипухлинного препарату доксорубіцин і наночастинок оксиду заліза, та включає проведення магнітної гіпертермії та магнітно-резонансної діагностики. Магнітний нанокомплекс магнітомеханохімічно синтезують та проводять магнітну гіпертермію за помірних температур до 39 °C шляхом тотального опромінення організму-пухлиноносія у магнітно-резонансному томографі з інтенсивністю магнітного поля 0,3-1,5 Тл та електромагнітним полем радіочастотної системи з номінальною частотою 63,87 МГц. UA 115630 U (12) UA 115630 U UA 115630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Заявка належить до медицини, а саме: до онкології, і може бути використана як метод терапії та контролю її ефективності при комплексному лікуванні онкологічних хворих за допомогою магнітної нанотерапії з використанням магнітно-резонансного томографа. Медичні технології, які поєднують діагностику, а саме: візуалізацію медичного зображення злоякісної пухлини, і протипухлинну терапію, що дозволяють отримати необхідний ступінь контролю та ефективності лікування з використанням багатофункціонального нанокомплексу, називають терміном "нанотераностика". Магнітна нанотераностика - це поєднання терапії та діагностики з використанням як активних агентів магнітних наночастинок [1]. За прототип вибрано спосіб нанотераностики злоякісних пухлин [Hayashi К. Superparamagnetic nanoparticle clusters for cancer theranostics combining magnetic resonance imaging and hyperthermia treatment/ K. Hayashi, M. Nakamura, W. Sakamoto [et al.]// Theranostics. 2013. - Vol. 3, № 6. - P. 366-376], в якому поєднуються синтез багатофункціонального нанокомплексу на основі суперпарамагнітних наночастинок оксиду заліза і доксорубіцину, магнітна гіпертермія злоякісних пухлин та магнітно-резонансна діагностика. Позитивним у прототипі є те, що суперпарамагнітні наночастинки оксиду заліза, які входять до складу нанокомплексу, одночасно є носіями протипухлинного препарату та локально генерують тепло при опроміненні змінним магнітним полем, що дозволяє поєднувати хіміотерапію та гіпертермію. Крім того, функціоналізовані магнітні наночастинки на основі оксиду заліза використовуються як контрастні агенти для персоналізованого моніторингу в магнітно-резонансних дослідженнях. Наночастинки оксиду заліза мають високу біосумісність і повільно виводяться з зони пухлини. Недоліками прототипу є те, що магнітна гіпертермія з використанням нанокомплексу в злоякісних пухлинах при температурах понад 41 °C може супроводжуватися формуванням термотолерантності (терморезистентності) на клітинному рівні внаслідок ініціації синтезу білків теплового шоку, можлива ініціація окисного стресу наночастинками та виникнення побічних ефектів з боку серцево-судинної системи пацієнтів в результаті обмеженої переносимості ними сеансу магнітної гіпертермії при температурах понад 41 °C. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб магнітно-резонансної нанотераностики злоякісних пухлин шляхом проведення магнітної гіпертермії при помірних температурах до 39 °C за допомогою електромагнітного опромінення в магнітно-резонансному томографі, що дасть можливість підвищити ефективність протипухлинної терапії з використанням магнітного нанокомплексу на 15-20 %. Поставлена задача вирішується таким чином. Як терапевтичний засіб використовують магнітомеханохімічно синтезований багатофункціональний протипухлинний нанокомплекс, до складу якого входять протипухлинний антибіотик антрациклінового ряду доксорубіцин та наночастинки оксиду заліза Fe3O4 діаметром 5-50 нм. Механічну обробку виконують шляхом вертикальних коливань камери з частотою 36 Гц та амплітудою коливань 9 мм протягом 5 хв з інтенсивністю підводу механічної енергії 20 Вт/г при одночасному опромінені електромагнітним полем з частотою 42 МГц, що генерується індукційною котушкою з вихідною потужністю 2 Вт, та постійним магнітним полем з індукцією 8 мТл (у центрі) протягом 5 хв. При цьому під час синтезу відбувається збільшення кількості парамагнітних центрів (вільних радикалів) у структурі нанокомплексу за рахунок неспарених електронів атомів заліза. Масова концентрація доксорубіцину в магнітному нанокомплексі складає 43 %. Нанокомплекс вводять безпосередньо до організму-пухлиноносія та проводять тотальне опромінення у магнітно-резонансному томографі з інтенсивністю магнітного поля 0,31,5 Тл та електромагнітним полем радіочастотної системи з номінальною частотою 63,87 МГц. Навідміну від вживаної у клінічній практиці гіпертермії з використанням магнітних наночастинок у нашій технології електромагнітне поле викликає лише помірний ефект нагрівання тканин, а підвищення протипухлинного ефекту досягається за допомогою керованого впливу на інтенсивність вільно-радикальних реакцій зовнішнього електромагнітного поля. При комбінованому впливі неоднорідних постійного магнітного та змінного електромагнітного полів відбувається розщеплення рівнів енергії електронів в магнітному нанокомплексі й перенесення неспарених електронів з наночастинок оксиду заліза до протипухлинного препарату і пухлину клітину, що впливає на рекомбінацію радикальних пар, збільшується активність, концентрація і час життя парамагнітних центрів (вільних радикалів), які викликають окислювальний стрес, генетичні мутації та/або апоптоз пухлинних клітин. Прикладом реалізації заявленого способу може бути експериментальне дослідження. Протипухлинну активність вивчали на 40 мишах-самцях C57BL/6 масою 18-20 г розводки віварію Національного інституту раку. Трансплантацію пухлинних клітин карциноми легені Льюїс здійснювали введенням тваринам у праве стегно 30 % суспензії клітин об'ємом 0,4 мл в 1 UA 115630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 середовищі 199. Тварини були розділені на 4 групи, кожна з яких складалася з 10 тварин: 1 група - контроль (без впливу); 2 група - введення офіцинального доксорубіцину; 3 група введення магнітного нанокомплексу, до складу якого входили феромагнітні наночастинки діаметром 50 нм та парамагнітний доксорубіцин без впливу магнітно-резонансної терапії; 4 група - введення магнітного нанокомплексу, до складу якого входили феромагнітні наночастинки та парамагнітний доксорубіцин, з подальшою магнітно-резонансною терапією. Магнітний нанокомплекс, що складається з протипухлинного препарату доксорубіцин та феромагнітних наночастинок діаметром 50 нм, магнітомеханохімічно синтезували в нанореакторі ММР (Національний інститут раку, Україна) протягом 5 хв. Механічну обробку виконували шляхом вертикальних коливань камери з частотою 36 Гц та амплітудою коливань 9 мм протягом 5 хв з інтенсивністю підводу механічної енергії 20 Вт/г. Одночасно протягом 5 хв проводили опромінення змінним електромагнітним полем з частотою 42 МГц і вихідною потужністю індуктора 2 Вт та постійним магнітним полем з індукцією 8 мТл (у центрі), створеним двома постійними магнітами. Введення препаратів тваринам проводили внутрішньочеревинно об'ємом 0,2 мл в розчині 0,9 % NaCl починаючи з 2-ої доби після перещеплення. Офіцинальний доксорубіцин у дозі 3 мг/кг маси, магнітний нанокомплекс: доксорубіцин - 3 мг/кг, наночастинки Fe3O4 - 3 мг/кг. Масова концентрація доксорубіцину в магнітному нанокомплексі складала 43 %. Подальше тотальне опромінення тварин проводили протягом 15 хв за допомогою магнітно-резонансного томографа Intera 1.5T (Philips Medical Systems, The Netherlands) з інтенсивністю магнітного поля 1,5 Тл електромагнітним полем радіочастотної системи з номінальною частотою 63,87 МГц. В усіх дослідах використовували протипухлинний препарат доксорубіцин виробництва Пфайзер Італія С.р.л., Італія та наночастинки оксиду заліза Fе3О4 діаметром 5-50 нм виробництва SigmaAldrich. Весь курс складався з 5 ін'єкцій та 5 сеансів електромагнітного опромінення і проводили 1 раз у 2 доби. Термін спостереження за тваринами становив 22 доби. Досліджували об'єм пухлини, кількість та об'єм метастазів в легенях, індекс інгібування метастазів. Вплив магнітної нанотерапії на нелінійну кінетику росту пухлин оцінювали за допомогою фактора φ росту пухлини та коефіцієнту  гальмування росту пухлини. Всі процедури з тваринами були проведені відповідно до Закону України N 3447-IV про захист тварин від жорстокого поводження і європейської Директиви 2010/63/EU про захист тварин в наукових цілях. Результати вивчення кінетики росту та процесів метастазування після впливу нанокомплексу та магнітно-резонансної тераностики на тварин з карциномою Льюїс наведено у Фіг. 1 та Табл. 1. Терапія офіцинальним доксорубіцином (група 2) викликала найменший протипухлинний ефект. Комбінована терапії магнітним нанокомплексом та магнітно-резонансної терапії (група 4) мала максимальний протипухлинний ефект. Лікування магнітним нанокомплексом без магнітно-резонансної терапії (група 3) мали однаковий протипухлинний ефект з групою 2. Середня кількість метастатичних вогнищ в легенях на одну мишу в 3-ій і 4-ій групах тварин порівняно з 1-ою (контроль) та 2-ою групою (офіцинальний доксорубіцин) на 25 добу після перещеплення пухлини мала тенденцію до зниження. Таблиця 1 Кінетичні параметри росту протягом 25 днів після перещеплення пухлини та процеси метастазування карциноми легені Льюїс № 1 2 3 4 Група тварин Контроль (без впливу) Офіцинальний доксорубіцин Магнітний нанокомплекс Магнітний нанокомплекс + магнітно-резонансна терапія Коефіцієнт Фактор росту -1 гальмування росту пухлини , доба пухлини , відн. од. 0,31±0,01 1,00 0,30±0,01 1,04 0,30±0,01 1,05 0,25±0,01* +£ 1,23 Середня кількість метастазів в легенях на мишу 15,4±2,8 18,5±3,5 11,3±2,6 10,7±5,9 * Статистично значуща різниця з показниками 1 групи (контроль), р