Сперматозоиды могут доставлять лекарства к раковым клеткам

Проблема точечной доставки лекарств весьма актуальна для лечения онкологических заболеваний. Лекарственные средства могут быть вредны для здоровых клеток, кроме того, их эффективность существенно повышается при непосредственном взаимодействии с опухолью. Мы уже рассказывали, что существуют самые разные разработки способов такой доставки, в том числе конструкция пептидных, липидных и даже липидно-золотых наночастиц, а также, например, модификация лимфоцитов, эритроцитов, стволовых клеток и даже вирусов-макрофагов. Отдельно проводили эксперименты с бактериями, которые двигаются сами по себе, лучше чувствуют себя в физиологических средах и легче попадают внутрь тканей. Движение таких бактерий уже научились контролировать с помощью магнитов и химических веществ. Но работа с бактериями зачастую бывает связана с развитием аутоимунных реакций организма. Немецкие ученые решили попробовать использовать для лечения женских онкологических заболеваний половой системы сперматозоиды.

Сперматозоиды — самые маленькие клетки в организме человека; в отличие от большинства остальных, они способны активно и самостоятельно перемещаться в пространстве. Сперматозоид состоит из головки, средней части и хвоста. Движение сперматозоида происходит за счет работы скопления митохондрий (митохондриона), расположенного в средней части и поставляющего энергию для движения хвоста. Хвост имеет цитоскелет, представленный микротрубочками. В организме хозяина сперматозоиды практически не шевелятся, однако попав в другой организм, они начинают активно вращаться вокруг собственной оси и продвигаться вперед. Скорость движения сперматозоида может достигать тридцати сантиметров в час, но он замедляется с течением времени. Для оплодотворения сперматозоидам нужно пройти около двадцати сантиметров, и это происходит, в среднем, через 1-2 часа после эякуляции.

С помощью двухфотонной 3D-нанолитографии ученые создали специальные конструкты — «тетраподы», которые представляют из себя покрытые тончайшем слоем железа и титана пустые усеченные конусы с четырьмя рукоятками. Оптимальная геометрия их была подобрана методами компьютерной симуляции. Такие конструкты смешивают со сперматозоидами, в результате чего головки сперматозоидов закрепляются с помощью рукояток внутри конусов. Движение полученных сперматозоидов в два раза медленнее обычных, но его можно контролировать внешним магнитом. По достижению опухоли рукоятки от механического столкновения выпускают сперматозоиды, их мембраны сливаются с опухолевыми клетками, и лекарственное средство попадает внутрь опухоли.

Ученые работали с бычьими сперматозоидами, поскольку они имеют сходную с человеческими форму. Для дополнительной активации клеток в среду добавляли гормон прогестерон. В одном из экспериментов сперматозоиды обрабатывали доксорубицином, распространенным химиотерапевтическим средством, который эффективно и в больших количествах проникал в их головки, а затем смешивали с «тетраподами». Работу полученных конструктов тестировали на искусственных опухолях — культурах человеческих клеток HeLa. Уже через сутки такие сперматозоиды убили около половины культуры, и в целом показали большую эффективность доставки по сравнению с простой обработкой лекарством. В другом эксперименте использовалось средство FITC-BSA (оно не ведет к апоптозу клеток, но зато светится) чтобы посмотреть на характер распространения лекарства в опухоли, и подтвердили эффективное внедрение средства внутрь опухолевой ткани. По-видимому, она обеспечивается за счет подвижности сперматозоидов и их способности расщеплять гиалуроновую кислоту, содержащуюся во внеклеточных структурах.

Использование сперматозоидов для доставки лекарственных средств позволит избежать токсического эффекта, который свойственен другим подобным методам. Сперматозоиды не распознаются организмом как патогены и не способны сами по себе размножаться, как это часто происходит с бактериями. Кроме того, они достаточно стабильны, способны доставлять к опухоли существенно большее количество вещества по сравнению с микрокапсулами и другими наночастицами, и долго могут жить в чужом органимзе. В дальнейшем, надеются ученые, они могут быть использованы для лечения не только онкологических заболеваний половой системы, но и других болезней, таких, как воспалительные процессы в малом тазу или эндометриоз.

Оригинал читайте здесь