Способ блокирования деления раковых клеток

Изобретение относится к экспериментальной медицине и предназначено для блокирования деления раковых клеток в эксперименте. В эксперименте часть электродов устанавливают в злокачественную опухоль, а другую часть устанавливают вне зоны опухоли в здоровую ткань. Измеряют разность потенциалов между электродами и изменяют ее величину с помощью циклических подключений и отключений внешнего источника ЭДС до исчезающих малых величин. Предлагаемый способ позволяет добиться блокирования деления раковых клеток в эксперименте.

 

Изобретение относится к области микробиологии и клинической медицине, в частности к онкологии, и может быть использовано для исследования процессов разрушения раковых клеток в организме и вне организма.

Известен способ блокирования деления и деструкции раковых клеток, основанный на использовании иммуной терапии, включающей применение химических препаратов совместно с цитокинами (Л.А.Грачева «Цитокины в онкогематологии», М., «Алтус», 1996, с.168). Известен также способ лечения онкологических заболеваний, основанный на химиотерапевтическом и радиобиологическом воздействии, заключающийся в ведении в организм или непосредственно в опухоль алкирующих агентов, антиметаболитов и других биологически активных веществ, которые, угнетая клеточное энергопроизводство и прочие жизненно важные процессы, замедляют рост новообразований и вызывают гибель злокачественных клеток (Л.Ф.Ларионов «Химиотерапия злокачественных опухолей», М., 1962).

Недостатком известных способов является вредное побочное воздействие на клетки здоровых тканей и возможность их гибели.

В настоящее время наметилась тенденция блокирования деления раковых клеток путем снижения энергии клетки, в частности, за счет ограничения потоков субстратов энергетического метаболизма (кислорода и глюкозы) внутрь клеток. Так, в патенте РФ №2125088, кл. C 12 N 5/00 от 2.01.99 г. описан способ лечения онкологических заболеваний и предотвращения клеточного деления, основанный на регулировании внутриклеточного производства энергии путем изменения давления в камере, в которой размещен биологический объект.

Данный способ требует сложного оборудования для точной регулировки величины давления в герметичной камере, и, кроме того, технологически очень сложно добиться установки предельно заданного уровня давления среды в камере в течение времени, необходимого для закрепления в злокачественных клетках требуемой интенсивности внутриклеточного энергопроизводства.

Известен способ регуляции роста клеток in vitro путем помещения электродов непосредственно во взвесь клеток и воздействии на клетки электрическим током (Lyte М., Gannon J.E., О'Clock G.D. "Effect of in vitro electrical stimulation on encchancement and suppression of malignant lymphoma cell proliferation// J. Nate. Cancer. Inst. - 1991, - vol.83 - №2, - p.116-119).

Данный способ имеет тот недостаток, что для подавления роста клеток (а в отдельных случаях для усиления роста) требуются определенные параметры (амплитуда, частота), не соответствующие физиологическому диапазону, что снижает эффект воздействия.

Известны технические решения, в которых оценка состояния биологических организмов проводится при помощи установки электродов, к которым периодически подключают источник электроэнергии, а в паузах между подключениями электроды замыкают накоротко. О состоянии органа при этом судят или по разности потенциалов между электродами, или по электрическому сопротивлению между электродами (патент РФ №2149579, кл. А 61 В 5/04 от 30.01.98 г. и патент РФ №2190994, кл. А 61 Н 39/02 от 21.04.98 г.).

Данные технические решения позволяют определить лишь наличие функциональных отклонений, вызванных, например, злокачественной опухолью в организме, при отсутствии действий по блокированию роста опухоли.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является способ блокирования деления раковых клеток, описанный в заявке №2003101287 от 20.01.03 г., по которой принято решение о выдаче патента. Данный способ заключается в том, что перед воздействием на группу клеток электрическим полем на цитоплазматическую поверхность мембраны клетки вводят электрод, а другой - на наружную поверхность мембраны с последующим измерением мембранного потенциала и подключением к электродам противоположно по полярности внешнего источника электродвижущей силы (ЭДС) со значением разности потенциалов (напряжением) не меньше значения мембранного потенциала клетки.

Данный способ позволяет блокировать деление раковых клеток в биологическом объекте, однако он имеет следующие недостатки. Введение электродов на цитоплазматическую поверхность и на наружную поверхность мембраны является сложным технологическим процессом при использовании его in vivo, и эффективность блокирования деления клеток при этом относительно низка.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в упрощении способа блокирования деления раковых клеток in vivo с одновременным повышением эффективности блокирования деления клеток.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе блокирования деления раковых клеток, включающем введение электродов в клеточную среду с последующим подключением к ним противоположно по полярности внешнего источника ЭДС, в организме часть электродов устанавливают в злокачественной опухоли, а другую часть вне зоны опухоли в здоровую ткань, измеряют разности потенциалов между электродами и регулируют их до исчезающих малых величин посредством циклических подключений и отключений внешнего источника ЭДС и изменений величин напряжения на его выходах.

Способ блокирования деления раковых клеток осуществляют следующим образом. Часть электродов устанавливают в злокачественную опухоль организма (активные электроды), а другую часть устанавливают вне зоны опухоли в здоровую часть организма (референтные электроды, или электроды сравнения). Активные электроды устанавливают на всей поверхности опухоли. Затем измеряют разности потенциалов между активными электродами и электродами сравнения. В этом случае при необходимости записывается электрограмма, отражающая временную зависимость изменения разности потенциалов.

После этого к электродам циклически подключают противоположно по полярности внешний источник ЭДС, время и число подключений которого, а также длительность каждого подключения и регулировку величин напряжений на его выходах устанавливают на основании измеряемых в паузах между такими подключениями разностей потенциалов с учетом их физиологической допустимости и эффективности таким образом, чтобы изменить их до исчезающих малых величин.

Термин «исчезающее малое значение электрической величины» взят из литературы по физическим основам сверхпроводимости (Б.М.Яворский и А.А.Детлаф. Справочник по физике, изд-во "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, М., 1968 г., стр.380, 22-я строка сверху).

Подключенный таким образом внешний источник ЭДС воздействует на электрическое поле клеток. Так как постоянная перезарядки клеточной мембраны τ (τ=R·C, где R, С - сопротивление и емкость мембраны соответственно) относительно велика, то после отключения внешнего источника ЭДС имеет место снижение значения разностей потенциалов между электродами и затем повышение их до величин меньших предыдущих значений разностей потенциалов.

Изменение разностей потенциалов между электродами вплоть до исчезающих малых значений, достигаемое посредством варьирования названных выше параметров циклических воздействий внешнего источника ЭДС на основе их измерения, приводит к существенным изменениям окислительно-восстановительных процессов, происходящих в опухоли, вплоть до их прекращения. События внутри живой клетки в основном связаны с биосинтезом и производством энергии. Биосинтез - процесс, продолжающийся непрерывно, даже в клетке, которая не растет, так как клетки химически не статичны. Они постоянно и с высокой скоростью разрушают и восстанавливают большую часть своих компонентов. При этом расходуется много энергии. Энергия нужна также для других видов деятельности клеток, связанных с ростом и размножением, с производством электричества, с излучением света.

В то же время всюду в природе главная часть энергетической «валюты» аденозинтрифосфат (АТФ) образуется в результате сопряженных электрохимических реакций, которые связывают фосфорилирование аденозиндифосфата (АДФ) с переносом электронов посредством разности электрических потенциалов. Исключений из этого правила нет (К. де Дюв. Путешествие в мир живой клетки. М., «Мир», 1987 г., стр.130).

Электрическое поле организма образовано клеточными мембранными потенциалами в результате клеточного взаимодействия. Уменьшение величины мембранного потенциала раковой клетки (вплоть до нулевого значения) в результате ослабления (а в пределе - исчезновения) электрического поля опухоли изменяет селективность ионных каналов мембраны раковой клетки. Нарушается независимость работы отдельных ионных каналов клетки и дискретный характер их проводимости: открытый/закрытый.

В конечном итоге это приводит к резкому нарушению регуляции внутриклеточных процессов, а в пределе - к разрушению раковой клетки.

Проведены три серии опытов in vivo. В опытах одной из серий в качестве объекта исследований служили мыши линии A.Snella. Использовались особи с перевитой в области задней ноги внутримышечной опухолью (36-я тератома, 1736). Перевивка Т/36 проводилась одновременно всем испытуемым животным (4 мыши) одним и тем же биологическим материалом (асцитные клетки).

Опыты начались на 14-й день после перевивки опухоли. Вводились электроды в опухоль и в здоровую соседнюю ткань. Вначале проводилось измерение разности потенциалов между электродами, которое показало величины 50-100 mV. Затем в двух случаях (мыши №№2, 4) осуществлялись два - три циклических подключения к электродам внешнего источника ЭДС с полярностью, противоположной полярности электродов, и длительностью каждого подключения от 30 с до 1,5 мин. Напряжение на выходе источника было в два - три раза выше измеренной разности потенциалов. В результате такого воздействия измеренные величины разности потенциалов составляли от 0,1 mV до 0,2 mV.

Для последующего сравнения к одной из особей (мышь №1) подводилось напряжение внешнего источника ЭДС, полярность которого совпадала с полярностью электродов.

Воздействие на мышей осуществлялось три дня: 14-й, 17-й и 19-й дни после перевивки опухоли. На 21-й день после перевивки Т/36 проводились измерения размеров опухолей мышей. Опыты показали, что минимальный размер опухоли имеет мышь №2, к которой применялся заявленный способ. Этот размер был на ˜50% меньше, чем размер опухоли, который имела мышь №1, и на ˜40% меньше размера опухоли контрольной мыши №3. Мышь №4, к которой также применялся заявленный способ, по минимальному размеру опухоли находилась на втором месте после мыши №2.

В другой серии в качестве объекта исследований служили мыши линий A.Snella и Balba: две опытные и две контрольные особи по одной каждой линии. Опыты начались на десятый день после перевивки. Общее число дней, когда оказывали воздействие на опытных мышей, - 19. Контрольные мыши находились под наблюдением без воздействия. Остальные параметры опытов были те же, что и в предыдущей серии. Процесс некроза у контрольных мышей, так же как и потеря у них подвижности, начались раньше, чем у опытных мышей. Относительное продление времени жизни опытных мышей составило в среднем 21%.

В третьей серии опытов объектом служили мыши линии A.Snella: две опытные и три контрольные. Общее число дней воздействия ˜12. Контрольные мыши находились под наблюдением без воздействия. Остальные параметры опытов были те же, что и в предыдущих случаях. Через 30 дней после перевивки тератомы Т/36 у контрольных мышей практически одновременно отпали лапки, на которые была сделана перевивка. Относительное продление жизни опытных мышей составило в среднем 26%.

Данный способ блокирования деления раковых клеток позволяет по отношению к известному способу упростить саму технологию блокирования при использовании его in vivo с повышением эффективности блокирования.

Способ блокирования деления раковых клеток, включающий введение электродов в опухоль с последующим подключением к ним противоположно по полярности внешнего источника ЭДС, отличающийся тем, что в эксперименте часть электродов устанавливают в злокачественную опухоль, а другую часть устанавливают вне зоны опухоли в здоровую ткань, измеряют разность потенциалов между электродами и изменяют ее величину с помощью циклических подключений и отключений внешнего источника ЭДС до исчезающих малых величин.