Ученые намерены использовать свойства возбудителя смертельной болезни – бешенства – в борьбе с опухолями головного мозга. Редкая способность вируса бешенства проникать в нервную систему делает его ценным помощником, который сможет доставлять в мозг пациента наночастицы, предназначенные для терапии рака, и направлять их непосредственно к опухоли, не повреждая здоровые клетки. Воспроизведя строение оболочки вируса, исследователи уже провели успешный эксперимент по его применению на лабораторных мышах.
Как часто пишут в учебниках по микробиологии, вирус бешенства (Rabies lyssavirus) имеет «форму винтовочной пули», хотя при желании его можно сравнить и с губной помадой. Он действительно выглядит как цилиндр, один торец которого плоский, а второй конический или закругленный. Длина такого цилиндра 75 – 180 нанометров, диаметр около 75 нанометров. Внутри «пули» содержится генетический материал вируса – одна цепочка РНК, соединенная с нуклеопротеином. Снаружи – белковая оболочка. Она покрыта небольшими выступами длиной 5 – 10 нм, диаметром 3 нм. Это гликопротеин G, именно он отвечает за связь вируса бешенства с рецепторами на поверхности клетки и проникновение вирусной РНК внутрь.
Многие вирусы имеют явные предпочтения по выбору типа ткани, в клетках которой они будут размножаться. Вирус бешенства поселяется в нервной ткани. Попав в организм, он быстро проникает в ближайшие к месту внедрения нервы и по ним достигает центральной нервной системы. Расположившись в мозге, он по другим нервам начинает двигаться в периферийные части нервной системы. Скорость распространения вируса по нервам равна примерно трем миллиметрам в час. Именно сравнительно медленное его продвижение делает возможным эффективное применение вакцины против бешенства уже после заражения. Когда же нервные клетки мозга поражены, проявляются все клинические симптомы бешенства, что, если не было принято своевременных мер, ведет к гибели пациента.
Частицы вируса бешенства под электронными микроскопом. Фото: Electron Microscopy Unit AAHL, CSIRO
Умение вируса бешенства проникать в нервные клетки и достигать центральной нервной системы означает, что у него нет необходимости преодолевать так называемый гемато-энцефалический барьер. Барьер этот – не какой-то отдельный орган, а система из клеток внутренней поверхности кровеносных капилляров мозга и клеток нейроглии, охватывающая всю систему кровоснабжения мозга и настроенная так, чтобы из крови в мозг проникали только необходимые вещества, а различным микроорганизмам, токсинам, другим потенциально опасным веществам внутрь прохода не было. Гемато-энцефалический барьер необходим для защиты мозга, но порой он становится серьезным препятствием в лечении заболеваний. Лекарства, предназначенные для борьбы с опухолью мозга, тоже задерживаются барьером, так что каждый раз при разработке лекарственного препарата эту проблему приходится решать.
Использовать для решения этой проблемы способности вируса бешенства показалось ученым весьма подходящей идеей. Уже сейчас существуют методы, в которых нанокапсула с лечебным препаратом покрывается тем самым гликопротеином G, который находится на поверхности капсулы вируса и позволяет ему проникнуть в центральную нервную систему.
Теперь же ученые из Университета Сонгюнгван в Сеуле сделали следующий шаг. Ю Сек Ён (Yu Seok Youn) и его коллеги разработали наночастицы золота, которые были покрыты поверхностными белками вируса бешенства. Размер и форма этих частиц соответствовали размеру и форме вируса. По сравнению с применявшимися ранее наночастицами шарообразной формы и меньшего размера их площадь поверхности была больше, что облегчало связь гликопротеина с клеточными мембранами.
В эксперименте наночастицы вводили в хвостовую вену четырем подопытным мышам, у которых имелись опухоли головного мозга. Как и рассчитывали авторы работы, наночастицы быстро проникали в мозг и скапливались в участках, пораженных опухолями. Хотя они не несли никакого химического средства, золото реагировало на лазерное излучение ближнего инфракрасного диапазона, разогреваясь примерно почти до 50° C. Нагрев вызывал гибель опухолевых клеток, не причиняя вреда другим частям организма. В результате размер опухолей удалось значительно уменьшить. Итоги этого эксперимента описаны в журнале Advanced Materials.
В другом эксперименте мышам были сделаны инъекции опухолевых клеток в боковые области брюшной стенки. После введения золотых наночастиц с вирусным гликопротеином и облучения инфракрасным лазером эффект опять был достигнут. У двух мышей образовавшиеся опухоли исчезли, а у остальных уменьшились в размере вдвое.
Новый метод явно перспективен, хотя еще не все в нем понятно. И главное: ученым пока неясно, как именно используемые наночастицы достигают опухоли. Ю Сек Ён предполагает, что они продвигаются, подобно вирусу бешенства, по нервной системе. Но в этом убеждены не все. Например, Рафаэль Сирианни (Rachael Sirianni) из Неврологического института Барроу в Финиксе отмечает, что в опытах Ю Сек Ёна наночастицы достигали мозга значительно быстрее, чем это делал был вирус бешенства. От инъекции до скопления наночастиц в районе опухоли проходило всего несколько часов. Это вызывает подозрение, что по крайней мере основную часть пути они преодолевают по кровеносной системе. Сирианни не отрицает эффективности наночастиц при подавлении опухолей, но не уверен в том, что исследователи в состоянии контролировать распределение всех наночастиц в организме. Часть их действительно достигает опухоли, но возможно, что единичные наночастицы остаются в кровеносных сосудах, между клетками, так что при подогревании их лазером будут повреждены и здоровые клетки.
Фен Чэнь из Центра исследований рака имени Слоана-Кеттеринга (Memorial Sloan Kettering Cancer Center) в Нью-Йорке указывает на другую проблему. Наночастицы могут оказывать токсическое воздействие на организм. Обычно частицы такого размера скапливаются в печени, и выделительная система тратит много времени на то, чтобы справиться с ними. Это, по словам Чэня, может осложнить допуск метода к клиническим испытаниям на людях и одобрение его регулирующими органами.
Но, по словам Ю Сек Ёна, таких препятствий возникнуть не должно. Результаты его экспериментов показывают, что наночастицы скапливаются преимущественно в опухолях и способны конкурировать с другими методами лечения по степени эффективности поражения раковых клеток и сохранения здоровых.
