Способ направленного разрушения раковых клеток

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано для направленного разрушения раковых клеток. Для этого осуществляют их предварительную визуализацию путём введения в исследуемый объект комплекса, состоящего из объединенных молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, флуоресцирующих в инфракрасной области спектра, и биологических распознающих молекул. В комплекс дополнительно включают одну и более плазмонных наночастиц. При этом в качестве флуоресцентных наночастиц используют полупроводниковые флуоресцентные нанокристаллы, флуоресцирующие в инфракрасной области спектра. Далее проводят облучение 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. Способ обеспечивает неинвазивное детектирование и направленное разрушение раковых клеток, локализованных на большой глубине, при повышении эффективности визуализации и разрушения раковых клеток. 15 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

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.

1. 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, отличающийся 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что 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.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют нативные белки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют модифицированные белки.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют поликлональные антитела.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют моноклональные антитела.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют однодоменные антитела.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют высокоаффинные биологические компоненты.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют пептиды.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биологических распознающих молекул используют нуклеиновые кислоты.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фотосенсибилизатора применяют молекулы фотосенсибилизаторов, активирующиеся излучением инфракрасной области оптического спектра.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве плазмонных наночастиц применяют наночастицы золота, серебра, платины и других благородных металлов.

13. Способ по пп. 1, 12, отличающийся тем, что в качестве плазмонных наночастиц применяют плазмонные наночастицы в форме сфер, колец, торов, стержней, треугольников или их комбинации.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для объединения в комплекс молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, биологических распознающих молекул и плазмонных наночастиц используют функциональные группы, например аминогруппы и/или карбоксильные группы.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для объединения в комплекс молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, биологических распознающих молекул и плазмонных наночастиц используют высокоаффинные биологические компоненты, например биотин и стрептавидин.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что введение комплексов молекул фотосенсибилизатора, флуоресцентных наночастиц, биологических распознающих молекул и плазмонных наночастиц в исследуемый объект проводят внутривенно или путем обкалывания опухоли.