Сжечь рак изнутри. Найден способ уничтожать опухоли без разрезов и химии

Есть глубокие опухоли, при которых традиционная хирургия или химиотерапия практически бессильны. Например, если злокачественное новообразование проросло в зрительный нерв или сонную артерию, то при удалении во время операции велик риск слепоты или инсульта. Химиопрепараты тоже зачастую повреждают здоровые ткани. Перспективная альтернатива — фототермическая терапия. В опухоль вводят наночастицы, облучают лазером, частицы нагреваются и разрушают раковые клетки.

Однако этот метод хоть и начал применяться, но не был повсеместным. Причина в том, что наночастицы до сих пор делали из золота и серебра, а они дороги и токсичны. Российские учёные из Пермского Политеха и Московского центра передовых исследований вместе с коллегами из ОАЭ и Франции нашли замену и создали наночастицы на основе селена и металла — они не ядовиты и стоят гораздо дешевле золота и серебра. О новой разработке aif.ru рассказали в пресс-службе Минобрнауки России.

Зачем греть опухоль?

Еще в древности врачи заметили, что если прижечь опухоль на коже, губах или в молочной железе раскалённым железом, то это может помочь. Высокая температура действительно уничтожала больные ткани там, где до них можно было дотянуться. Рак боится нагрева больше, чем здоровые ткани, потому что у новообразований сосуды растут хаотично, кровоток плохой, в итоге жар задерживается, а не отводится, как в здоровых. К тому же раковые клетки делятся быстро и с ошибками: их «ремонтные системы» часто сломаны, после теплового удара они не могут восстановиться и просто погибают.

Но как таким способом добраться до глубокой опухоли — в лёгком, печени или мозге? Может, прогреть всё тело в бане или приложить горячий компресс? Не получится. Тело умеет охлаждать себя: при попытке поднять общую температуру включается потоотделение и расширение сосудов кожи. Кроме того, повышение температуры тела выше 39–40°C грозит смертельным тепловым ударом, а для надёжного повреждения опухоли этого мало. Если греть снаружи, тепло задержится в коже: возникнет ожог, а опухоль не пострадает.

Значит, нужен способ нагреть опухоль изнутри, точечно, не трогая здоровые ткани. Здесь на помощь пришли два открытия XX века: лазер и наночастицы. Приставка «нано» означает одну миллиардную долю метра — это в сотни раз меньше бактерии. Они настолько малы, что могут циркулировать в крови, не закупоривая капилляры, и даже проникать внутрь клеток.

Оказалось, что инфракрасный свет с длиной волны 650–950 нанометров безвредно проходит сквозь кожу, мышцы и другие живые ткани. Но если внутри тканей находятся крошечные наночастицы из некоторых материалов, тот же самый свет начинает превращаться в тепло — прямо внутри этих частиц.

Тело человека почти прозрачно для инфракрасных лучей: оно состоит в основном из воды, белков и жиров, которые этот свет не поглощают — как стекло пропускает видимый свет. Наночастицы, например, золота устроены иначе. Их электроны под действием света приходят в движение, и эти колебания выделяют тепловую энергию.

На основе этих двух открытий появился метод фототермической терапии («фото» — свет, «термия» — тепло). Это точечное уничтожение опухоли без разрезов и токсичного воздействия: в нее вводят наночастицы, а затем просвечивают лазером снаружи. Свет проходит сквозь кожу, нагревает наночастицы, а они уже выжигают рак изнутри.

Ложка дегтя

Как наночастицы попадают в опухоль? Для лечения в кровь вводят раствор с наночастицами. Сосуды быстрорастущей опухоли устроены небрежно — в них есть широкие щели, поэтому частицы просачиваются и застревают прямо в ткани. Здоровые органы с плотными стенками таких трещин не имеют, и туда ничего не попадает. Накопление занимает 12–48 часов, после чего врач подсвечивает область специальной лампой и видит на экране, где именно собралось введенное вещество.

В настоящее время метод уже применяют. За рубежом испытывают технологию против рака простаты и лёгких, в России с её помощью удаляют меланому кожи и лечат опухоли глаз. Но почему же такая терапия не стала повсеместной?

Сейчас наночастицы для лечения делают в основном из золота и серебра. Эти металлы выбрали, потому что они отлично поглощают инфракрасный свет и превращают его в тепло — лучше большинства материалов. Золото химически инертно (не ржавеет и не растворяется в организме), серебро тоже устойчиво и к тому же убивает бактерии.

Однако у этих металлов есть серьёзные недостатки. Во-первых, они дороги, что делает терапию малодоступной. Во-вторых, токсичны и не позволяют гибко настраивать нагрев. Дело в том, что наночастицы из золота и серебра приходится покрывать специальными стабилизаторами, чтобы они не слипались, а многие из этих веществ токсичны для клеток. Даже самое стойкое золото в виде мельчайших частиц со временем окисляется и выделяет ионы (серебро делает это гораздо активнее). Они накапливаются в печени и селезёнке и выводятся очень медленно.

«Магические» шарики

Российские ученые вместе с коллегами из-за рубежа смогли решить проблему токсичности и малодоступности метода. Они впервые в мире создали безопасные сферические ноначастицы на основе металла и селена. Селен — это родственник серы. В небольших количествах он полезен для щитовидной железы, а в наночастицах выполняет роль «ловушки для света» — именно благодаря селену наночастицы поглощают инфракрасные лучи в нужном диапазоне.

В качестве металла учёные взяли вольфрам (из него делают нити накаливания в лампочках) и палладий (драгоценный металл, родственник платины, используемый в ювелирных украшениях). Оба не ядовиты и, что важно для доступности лечения, стоят дешевле золота. Но главное отличие — в механизме нагрева. Золото греется только на своей поверхности, поэтому его частицам приходится придавать сложную форму (палочки, шипы). А у вольфрама и палладия тепло возникает внутри всего объёма — это проще, дешевле и надёжнее.

Вещества на основе металлов и селена давно известны, но в виде плоских кристаллических плёнок. Учёные же впервые получили из них крошечные шарообразные частицы и сделали это с помощью лазера — вспышкой длительностью в миллионную долю миллиардной доли секунды.

«Важно, что метод чистый: частицы сразу получаются в воде, без токсичных стабилизаторов, и не слипаются благодаря собственному электрическому заряду, — пояснил aif.ru профессор кафедры общей физики Пермского национального исследовательского политехнического университета, доктор физико-математических наук Александр Сюй. — Это большое преимущество перед золотыми и серебряными частицами, которые приходится покрывать ядовитыми веществами, чтобы они не слипались. А шарообразная форма выбрана не случайно: в отличие от острых осколков или плоских чешуек, шарики безопасно путешествуют по кровотоку и легко проникают в опухоль, не повреждая здоровые ткани».

Точнее и доступнее

Далее выяснилось, что два очень похожих по составу материала — селенид вольфрама и селенид палладия — ведут себя в инфракрасном свете совершенно по-разному. Первый греется только на одной строго определённой длине волны (770 нм). Стоит чуть изменить настройку лазера — и нагрев почти прекращается. А второй одинаково эффективно превращает в тепло любой свет в широком диапазоне от 650 до 950 нм. То есть в этом случае врачу не нужно подбирать лазер с ювелирной точностью — подойдёт практически любой источник инфракрасного излучения.

Учёные впервые показали, что тип нагрева можно выбирать осознанно, просто взяв другой материал, но используя тот же самый лазерный метод. Это значит, что у врачей теперь появляется выбор. Для маленькой опухоли в опасном месте (например, рядом с нервами или сосудами) лучше взять вещество на основе вольфрама — оно нагреет только нужную точку. Для большой и глубокой опухоли, которую надо прогреть целиком, подойдёт соединение на основе палладия — оно одинаково эффективно работает в широком диапазоне волн.

Более того, эффективность нагрева новых наночастиц из вольфрама и палладия тоже оказалась на высоте. Эксперименты показали, что диселенид палладия превращает в тепло до 81% лазерной энергии, диселенид вольфрама — 71%. Для сравнения: лучшие образцы на основе золота показывают примерно те же 70–80%, но они при этом они дороже и токсичнее.

«Мы выяснили, что чем меньше частица, тем выше КПД. Крошечные шарики диаметром 12 нанометров греются лучше, чем 50-нанометровые, потому что почти не рассеивают свет. А это значит, что маленькие частицы лучше подходят для лечения глубоко расположенных опухолей — они доставляют тепло на нужную глубину, не теряя энергию по пути», — уточнил Александр Сюй.

По словам разработчиков, технология готова к дальнейшим испытаниям и в перспективе сделает лечение рака более точным и доступным.