Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Общая схема.
Наночастицы TiO2 связываются с биоактивной молекулой через линкер, в результате чего на поверхности раковой клетки образуются АМК, приводящие к ее гибели.
Активность композита:
а) по отношению к A172
b) по отношению к U98
c) по отношению к клеткам человеческих астроглиоцитов
d) клетки А172 в присутствии различных ловушек

Лечим рак мозга. Эффективно.

Ключевые слова:  оксид титана, раковые клетки

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

19 августа 2009

Ежегодно только в США от рака мозга умирает около 13000 человек, что делает исключительно актуальным вопрос поиска новых эффективных препаратов для его лечения. Уже давно в качестве потенциальных кандидатов выступают композиты наноматериалов с биомолекулами, позволяющими селективно распознавать и целевым образом уничтожать раковые клетки. В качестве фотокатализатора процессов деградации и деактивации вирусов и микроорганизмов хорошо известен диоксид титана TiO2, который проявляет эффект цитотоксичности по отношению к некоторым опухолям под действием УФ излучения, но определенные ограничения при его использовании связаны со случайностью в выборе клетки - мишени. Для борьбы со злокачественной астроцитомой эту проблему стало возможно обойти путем сопряжения модифицированного оксида титана с биополимерами, способным селективно распознавать раковые клетки. Известно, что рецептор интерлейкина-13a2 (IL13a2R) может связываться с интерлейкином-13 (IL13) – важнейшей сигнальной молекулой опухолей - с последующим проникновением всего комплекса в клетку. Это делает его идеальным кандидатом на роль маркера раковых клеток. Работа такого терапевтического комплекса основана на поглощении видимого света 5-нанометровыми наночастицами TiO2, которые затем передают возбуждение на молекулярный кислород, образуя при этом цитотоксичные активные метаболиты кислорода (АМК). Такие наночастицы могут также (что, конечно, важно) преодолевать биологические барьеры, такие как гематоэнцефалический.

В ходе работы по стандартной методике были получены наночастицы TiO2, покрытые глицидилизопропилэфиром для предотвращения нежелательных реакций гидроксогрупп на поверхности TiO2. Наночастицы были ковалентно связаны с антителом для целевого IL13a2R через 3,4-дигидроксифенилуксусную кислоту (DOPAC), которая, с одной стороны, модифицирует поверхность TiO2, в результате чего он поглощает видимый, а не УФ, свет, а также подготавливает частицу к связыванию с биомолекулой. После выделения и очистки полученного композита TiO2-DOPAC-anti-IL13a2R было показано, что "когнитивная" биоактивнсть anti-IL13a2R снижается при этом всего на 10%, тогда как атипичный иммуноглобулин не обладал способностью распознавать IL13a2R. Кроме того, отклик anti-IL13a2R линейно зависел от концентрации при c<1 мкг/мл, а при c=1 мкг/мл наблюдалось насыщение, поэтому в экспериментах использовали концентрации 6-600 нг/мл.

Визуализацию процесса взаимодействия лиганд-рецептор и распределения специфических рецепторов в отдельной раковой клетки проводили методом рентгеновской флуоресцентной спектроскопии, которая является проверенным методом анализа распределения металлов в клетках бактерий и млекопитающих. Модельные эксперименты, для которых использовали клетки A172 из-за высокой активности IL13a2R, показали, что титан распределен по всей клеточной мембране. Кроме того, композитом покрыта и инвадоподия – специфический богатый актином отросток микронного размера некоторых раковых клеток, что может стать важным шагом для диагностики раковых заболеваний.

Активность синтезированного композита определяли по потере целостности клеточной мембраны, контролируя выделение клеточной лактодегидрогеназы. Были протестированы клетки A172, U98 и человеческих астроглиоцитов. В качестве образцов сравнения были исследованы клетки, не содержащие наночастиц. Было показано, что в темноте, равно как и при отсутствии биомолекулы, активность отсутствует. Композит с атипичным иммуноглобулином также не проявляет цитотоксичности. При этом цитотоксичность композита c anti-IL13a2R сохраняется в течение не менее 48 часов.

Давно установлено, что фотовозбуждение водного раствора TiO2 приводит к образованию АМК, таких как гидрокси- и перокси-радикалы OH и HO2, супероксид-анион O2, перекись водорода H2O2 и синглетный кислород. Методом ЭПР было ранее установлено, что основным продуктом при использовании TiO2, связанного с биомолекулами через катехолятный мостик, является супероксид-анион. Это же наблюдалось и в случае композита TiO2-DOPAC-anti-IL13a2R. Его активность существенно понижалась в присутствии супероксид дисмутазы ("поглотителя" супероксид-аниона), азида натрия (ловушки OHи синглетного кислорода) и немного меньше – каталазы (разлагающей пероксид водорода). Гистидин же (другая ловушка для синглетного кислорода) и маннитол (ловушка гидроксильных радикалов) лишь немного замедляли его активность. Совокупность этих данных и данных ЭПР подтверждает, что основной формой АМК, обуславливающией цитотоксичности, является супероксид-анион. Токсичность АМК обусловлена некрозом ("убийством") клеток при образовании короткоживущих частиц (~нс) или апоптозом ("самоубийством" клеток) в случае долгоживущих (~мс), к которым и относятся O2, H2O2 и HO2.


Источник: Nano Letters



Комментарии
Валя вернулась. А вот acetyl происходит от тривиальной УКСУСНОЙ кислоты (а не от ацетиловой).
Несколько комментариев:
1) "диоксид титана проявляет эффект цитотоксичности по отношению к некоторым опухолям под действием УФ излучения" - насколько мне известно, TiO2 цитотоксичен по отношению ко всем клеткам, как опухолевым, так и здоровым. Откуда бы взяться избирательности, если его действие основано на генерации свободных радикалов? Тем более, что дальше именно об этом и говорится.
2) В то, что TiO2 целенаправленно действует именно на молекулярный кислород, я, извините, не верю. Скорее уж на воду, не говоря о других молекулах, присутствующих поблизости.
3) Не встречал информации о том, что метод рентгеновской флуоресцентной спектроскопии успешно применяют для того, чтобы определить локализацию частиц. Как это реализуют? Нельзя ли ссылку?
И эти же наночастицы используют как УФ-фильтр в солнцезащитной косметике (сотни тонн в год)! А интенсивность солнечного света не сравнить с лампой в клинике

Для ROS существует "более привычный" перевод: "АФК" - активные формы кислорода(гугль его знает в десять раз лучше). Catechol - это катехин; "catecholate bridge" - вероятно, катехиновый мостик?
Нас учили фразе "активные метаболиты кислорода", так что ее и употребляю :)

Избирательность основана не та действии оксида титана, а на избирательной привязке биомолекулы именно к раковым клеткам.

По поводу РФС могу прислать собственно саму статью, они подробно описывают, как это делали.

Мостик да, катехиновый :)

Ой, а меня фразе про активные метаболиты не учил:-)
Спасибо, статью прочитал бы с удовольствием. Мой емэйл есть в моем профиле.
И все же: метаболиты метаболитами, но написано именно про молекулярный кислород.
Стукалов Юрий Викторович, 20 августа 2009 15:09 
Уважаемая Валентина Владимировна!
Работаю в онкоцентре, прошу Вас выслать статью из журнала на мой адрес StYV@rambler.ru.
С благодарностью Ю.В. Стукалов.
Юрий Викторович, Владимир Константинович, статью послала.

Что касается молекулярного кислорода: я не берусь сейчас утверждать, на кого он скорее действует, но кажется, я и не писала, что именно на кислород?..
"...фотовозбуждение водного раствора TiO2 приводит к образованию АМК..."
Если что-то просмотрела, напишите, будем разбираться.
Евгений Алексеевич, а ФНМ аботится о своих студентах :)
Сегодня нас учат тому, чему наших коллег несколько лет назад еще не учили :)
В частности, нам на первом курсе было прочитано "Введение в науки о жизни", а в преддипломном семестре какой-то курс по биохимии, название которого даже преподаватель не знала.
Так вот там и рассказывали про эти АМК.
Очень интересно! Начало сообщения в советском стиле - ссылка на статистику в США. Далась же вам эта Америка! Представьте, что американская статья начиналась бы ссылкой на статистику в России. И тоже смущает термин "активные метаболиты кислорода". А что, бывают ещё и пассивные метаболиты? И кто (подчеркнём, кто, а не что) его метаболизирует? Метаболизм - это обмен веществ, который со времён Ф.Энгельса свойственен живому организму. А здесь речь идёт о химической реакции, пусть и биохимической. Вот активные формы, ещё ладно.
Хотя нынешнее низкопоклонство перед английским вытесняет устои.
А названия ферментов пишутся в одно слово: супероксиддисмутаза и т.п. Вот в английском - через пробел.
Шабанов Михаил Валерьевич, 22 августа 2009 20:18 
Начало положено вроде бы хорошее. Но непонятно вот что - если титан распространяется по всем клеткам, то откуда взяться у "бездушных молекул" избирательности по отношению к раковым клеткам?
Впрочем, я не биохимик и не могу достаточно точно объяснить, что и как должно работать в лечении онкозаболеваний.
К вопросу об эффективности лечения, раз уж оно фотокаталитическое. Я пока не понял, а каким образом видимый свет в мозг попадет? Если наиболее предсказуемым, то какая уже разница - видимый или ультрафиолетовый?
ОА,
разве что глубина проникновения на ум приходит...
Глубина проникновения - это, конечно, камень преткновения ФДТ, но, оказывается и это можно преодолеть.. Для примера можно посмотреть работу Madsen et al. 2001. Он использовал световод с шарообразным "излучателем-диффузором" для интракраниального облучения глиомы головного мозга. В другой работе, было показано, что ткань головного мозга имеет большую чем у эпидермиса глубину проникновения для света на 632 нм (Angell-Petersen et all. 2007).
Осталось "перековать" наночастицы ТiО2 для того, чтобы поглoщали они не в УФ, а в красном диапазоне (и желательно с таким же квантовым выходом).

Вот это вот задачка!..
Rozhkova Elena, 19 января 2010 22:25 
Роман Александрович! Приятно было прочитать Ваши коментарии, все по существу вопроса! "Перековать" частицы - не такая уж и проблема, такие работы есть, например, допировать
редкоземельными элементами, но могут возникнуть проблемы с токсичностью таких материалов. Главное в даннои публикации: 1. традиционно Уф-индуцируемыи материал работает в видимои области до 750 нм, просто благодаря модификации поверхности наночастиц органическими лигандами (допамин или его метаболит); 2. далее, впервые показано применение оксида титана, ковалентно модифицированного антителом специфичным к данному типу рака. Такие попытки с "классическими" фотосесибилизаторами не были удачными, насколько мне известно; 3. в отличие от, например, тетрапирролов, оксид титана модифицированныи допамином или они же модифоцированные белком или ДНК продуцируют супероксид, и в горадо меньшеи степени синглетныи кислород. Что это дает? Супероксид обладет более длинным временм жизни, и он менее сильныи окислитель. В результате мы используем более "мягкую" систему и вызываем апоптоз, а не некроз, преимущества налицо. Спасибо!
Rozhkova Elena, 19 января 2010 22:28 
Прокопенко Алексей Владимирович, чем Вам начало-то не нравится?:)) Работа сделана в США, на деньги американских фондов и налогоплательщиков и американскими учеными. Статистика взята из данных Национального Института Здоровья.
Rozhkova Elena, 19 января 2010 22:39 
Иванов Владимир Константинович, таких публикации, откуда берутся свободные радикалы - из воды или кислорода - много, почитаите.
"3) Не встречал информации о том, что метод рентгеновской флуоресцентной спектроскопии успешно применяют для того, чтобы определить локализацию частиц. Как это реализуют? Нельзя ли ссылку?" В самои статье в Нано Леттерс есть ссылки на такие работы. Справедливости ради замечу, что таких ссылок не может быть много, т.к. ускорителеи с подобными возможностями в мире только 3 - в Аргонне, США, Гренобле, Франция и в Японии. Американскии и Японскии выдали наиболее интересные работы с биологическими объектами - клетками, тканями..Метод Х-Раы флуоресценции основан на эмиссии "вторичнои флуоресценции" с характерными сигналами определенных элементов. Получается как бы элементныи 3-мерныи анализ клетки или ткани. По "трехмерности" метод можно сравнить с конфикальнои микроскопиеи, а по разрешению и сравнить не с чем. "Микропроб", описанныи в даннои статье, дает разрешение до 100 нм, а совсем уже новыи инструмент (таких в мире всего один!) до 10 нм. Рада общению с коллегами из России. Мне любопытно, почему вопросы задают, а сами статьи не читают? Нет доступа (это известнеиишии журнал Американского Химического Общества)? Трудности перевода с англииского? Константинович

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Жемчужина
Жемчужина

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

Пять медалей завоевали российские школьники на Международной физической олимпиаде
Стали известны итоги 50-й Международной физической олимпиады для школьников, которая проходила в Тель-Авиве (Израиль). Российская сборная завоевала в состязаниях 4 золотые и одну серебряную медаль.

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.