Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ РАКОВЫХ КЛЕТОК

Изобретение относится к области медицинских исследований и служит для визуализации и специфического разрушения раковых клеток и опухолевых тканей. Предлагаемый способ позволяет проводить индуцируемое разрушение раковых клеток путем воздействия свободных радикалов, синглетных форм кислорода и температуры на компоненты опухолевых клеток. Также данный способ позволяет осуществлять детекцию и визуализацию раковых клеток и тканей в глубине организма и его органах.

Известен способ направленного разрушения раковых клеток опухолевых тканей [1]. Для разрушения раковых клеток предлагается использовать комплекс, состоящий из наночастиц, биологических распознающих молекул и фотосенсибилизатора, причем длина волны максимума испускания излучения флуоресцентной наночастицы совпадает с длиной волны активации фотосенсибилизатора. Для возбуждения флуоресценции наночастиц используется источник, испускающий излучение в видимой или инфракрасной области спектра. Таким образом при введении комплекса в организм, комплекс специфически связывается своими биологическими распознающими молекулами со специфическими онкологическими маркерами на поверхности раковых клеток, затем комплекс облучают внешним источником света с длиной волны, соответствующей длине волны максимума поглощения флуоресцентных наночастиц, которые затем флуоресцируют и своим излучением активируют молекулы фотосенсибилизатора, за счет чего происходит разрушение клеток опухоли по известному способу фотодинамического разрушения клеток. Также, данный способ подразумевает использование комбинаций наночастиц излучающих и поглощающих свет в различном диапазоне длин волн, и активирование фотосенсибилизатора флуоресценцией наночастиц, возбужденных в процессе двухфотонного возбуждения. К недостаткам данного способа стоит отнести невозможность визуализации раковых клеток и области опухолевого роста, а также применение только фотодинамического механизма разрушения раковых клеток.

Способ направленного разрушения раковых клеток, описанный в патенте [2] был выбран в качестве прототипа. В данном способе используют комплекс, состоящий из флуоресцентных наночастиц, в частности квантовых точек, молекул фотосенсибилизатора и биологических распознающих молекул. Для возбуждения флуоресценции квантовых точек применяется излучение с длиной волны в диапазоне от 650 до 800 нм. Специфическое накопление комплексов в месте опухоли обеспечивается связыванием биологических распознающих молекул с онкологическими маркерами на поверхности раковых клеток. При этом флуоресцентное излучение квантовых точек служит как для визуализации раковых клеток путем детектирования флуоресцентного сигнала от связанного с ними комплекса, так и для возбуждения молекул фотосенсибилизатора, которые затем при взаимодействии с кислородом участвуют в образовании синглетных форм кислорода и радикалов, которые окисляют клеточные компоненты и вызывают гибель клеток. Таким образом, применяя наночастицы, флуоресцирующие в инфракрасной области спектра, описанный способ позволяет проводить визуализацию опухолевых клеток, локализованных в глубине организма, и использовать флуоресцентное излучение квантовых точек для активации фотосенсибилизатора и разрушать раковые клетки по известному способу фотодинамической терапии. К недостаткам описанного способа стоит отнести, во-первых, небольшую глубину, на которой можно проводить визуализацию и разрушение раковых клеток, а во-вторых, применение только фотодинамического механизма направленного разрушения раковых клеток, что говорит о невысокой эффективности разрушения раковых клеток.

Технический результат заключается в создании способа направленного разрушения раковых клеток, локализованных на большой глубине от поверхности исследуемого организма, и усилении эффективности процесса их направленного разрушения.

Технический результат достигается тем, что известный способ направленного разрушения раковых клеток, включающий их предварительную визуализацию путем введения в исследуемый объект комплекса, состоящего из объединенных молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, и биологических распознающих молекул, с последующим облучением места локализации раковых клеток излучением в оптическом диапазоне поглощения флуоресцентных наночастиц для детекции флуоресцентного сигнала от флуоресцентных наночастиц и последующую индукцию процесса разрушения раковых клеток, дополнен тем, что в комплекс дополнительно включают одну и более плазмонных наночастиц, а в качестве флуоресцентных наночастиц используют полупроводниковые флуоресцентные нанокристаллы, флуоресцирующие в инфракрасной области спектра.

Применение плазмонных наночастиц, позволяет усилить флуоресценцию, использованных полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов, что позволяет, во-первых, с высокой чувствительностью детектировать флуоресцентный сигнал на большой глубине от поверхности исследуемого объекта для визуализации на большой глубине, а во-вторых, усилить процесс активации молекул фотосенсибилизатора для более эффективного разрушения клеточных компонент по механизму фотодинамической терапии. Кроме того, усиление флуоресценции полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов приводит к эффективному образованию синглетных форм кислорода путем передачи энергии от возбужденных флуоресцентных нанокристаллов на молекулы триплетных форм кислорода, находящихся в раковых клетках и окружающих биологических жидкостях, что, в свою очередь, приводит к направленному разрушению раковых клеток за счет окисления их компонент синглетными формами кислорода. Кроме того, сами плазмонные частицы нагреваются, поглощая энергию излучения от полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов и внешнего излучения, вследствие чего также происходит разрушение опухолевых клеток под действием локального повышения температуры.

Возможен частный случай, в котором в качестве флуоресцентных наночастиц используют полупроводниковые нанокристаллы состава PbS/CdS/ZnS, CuInS₂/ZnS, Ag₂S, а также и другие наночастицы, флуоресцирующие в инфракрасной области оптического спектра.

Также возможны частные случаи, в которых в качестве биологических распознающих молекул используют:

- нативные белки;

- модифицированные белки;

- поликлональные антитела;

- моноклональные антитела;

- однодоменные антитела;

- высокоаффинные биологические компоненты;

- используют пептиды;

- нуклеиновые кислоты.

Также возможен частный случай, в котором в качестве фотосенсибилизатора применяют молекулы фотосенсибилизаторов, активирующиеся излучением инфракрасной области оптического спектра.

Возможен частный случай, в котором в качестве плазмонных наночастиц применяют наночастицы золота, серебра, платины и других благородных металлов.

Существует частный случай, в котором в качестве плазмонных частиц применяют плазмонные наночастицы в форме сфер, колец, торов, стержней, треугольников или их комбинации.

В другом частном случае для объединения в комплекс молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, биологических распознающих молекул и плазмонных наночастиц используют функциональные группы, например аминогруппы и/или карбоксильные группы.

Возможен частный случай, в котором для объединения в комплекс молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, биологических распознающих молекул и плазмонных наночастиц используют высокоаффинные биологические компоненты, например биотин и стрептавидин.

Существует частный случай, в котором введение комплексов молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, биологических распознающих молекул и плазмонных наночастиц в исследуемый объект проводят внутривенно или путем обкалывания опухоли.

На фиг. 1 представлен конкретный пример комплекса, используемого для визуализации и направленного разрушения раковых клеток. Цифрами обозначены следующие элементы: флуоресцентный полупроводниковый нанокристалл - 1; молекула фотосенсибилизатора - 2; плазмонная наночастица золота в форме кольца - 3; биологические распознающие молекулы - 4; функциональные группы для объединения флуоресцентного полупроводникового нанокристалла, фотосенсибилизатора и плазмонной наночастицы в комплекс.

Конкретный пример, поясняющий способ направленного разрушения раковых клеток показан на примере детекции и разрушения раковых клеток экспрессирующих маркер рака молочной железы Her2. Для этого используется комплекс, состоящий из однодоменных антител, специфичных к белку Her2, флуоресцентного полупроводникового нанокристалла состава CuInS₂/ZnS, имеющего максимум флуоресценции излучения с длиной волны 810 нм, плазмонные наночастицы золота в форме кольца с диаметром 0,5 мкм и толщиной 80 нм, а также молекула фотосенсибилизатора, эффективно поглощающая при длине волны 810 нм. Данный комплекс в физиологическом растворе шприцом вводят в тело мыши в место локализации раковых клеток. Через 30 минут, когда введенные комплексы локализовались на поверхности раковых клеток, благодаря взаимодействию антител комплекса и мембраносвязанным белком HER2, проводят кратковременное облучение места локализации раковых клеток излучением с длиной волны 680 нм и детектируют излучение полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов при длине волны 810 нм. Этот шаг позволяет определить локализовались ли комплексы на поверхности раковых клеток. Если нет, то повторно проводят кратковременное облучение и детекцию через 15 минут. Когда подтверждено, что комплексы локализовались в месте скопления раковых клеток, проводят их разрушение путем длительного (2 раунда по 3 минуты с перерывом в 1 минуту) облучения места опухоли излучением с длиной волны 680 нм. Количество раундов и режим облучения зависят от размера опухоли или количества раковых клеток и места их локализации. Проверка эффективности разрушения раковых клеток может осуществляться через 24 часа путем облучения места их локализации и последующей детекции флуоресцентного сигнала.

Таким образом, предложенный способ направленного разрушения раковых клеток, позволяет проводить не инвазивное детектирование и направленное разрушение опухолевых клеток внутри организма. Применение плазмонных частиц позволяет не только улучшить чувствительность и эффективность визуализации раковых клеток по детекции флуоресцентного сигнала от полупроводниковых флуоресцентных нанокристаллов, что актуально для диагностических целей, но и увеличить эффективность разрушения раковых клеток методами фотодинамической терапии, фототермолиза и окисления компонент раковых клеток.

Источники информации

1. James Chen. Use of photoluminescent nanoparticles for photodynamic therapy. Патент США US 20020127224 A1.

2. Woong Shick Ahn et al. В Photosensitizer containing conjugates of quantum dot-chlorine derivatives and composition for treating and diagnosing cancer containing same for photodynamic therapy. Международный патент WO 2010151074 A2.