Способ терапии рака
Владельцы патента RU 2407562:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР "Курчатовский институт" (RU)
Изобретение относится к медицине. Осуществляют доставку в раковые клетки наночастиц посредством их функционализирования полимерами, с прикрепленными к ним белковыми молекулами или антителами. Затем выполняют облучение раковых клеток радиочастотным электромагнитным излучением с низкочастотной модуляцией с параметрами: удельная мощность 10-1-10-2 Вт/см2 с несущей частотой 13,56 МГц, и частота модуляции - 1-100 Гц, до достижения цитотоксикоза раковых клеток. Способ позволяет вызвать цитотоксикоз раковых клеток мозга, а также снизить долю пораженных здоровых тканей за счет уменьшения мощности излучения. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к медицине, а именно к способам терапии рака мозга, основанным на адресной доставке металлических наночастиц и углеродных нанотрубок в онкологические клетки и воздействии на них радиочастотным электромагнитным излучением с низкочастотной модуляцией.
Известны различные способы получения цитотоксикоза онкологических клеток под действием электромагнитного излучения (ЭМИ). Один из них основан на применении лазерного ЭМИ (Pass H.I., "Photodynamic therapy in oncology: mechanisms and clinical use", J Natl Cancer Inst. - 1993. - Mar 17 85: 6 443-56; Странадко Е.Ф. «Экспериментально-клиническая разработка метода лазерной фотодинамической терапии злокачественных опухолей с использованием отечественных фотосенсибилизаторов первого и второго поколения». Лазер маркет, №11-12, стр.20-26, 1994; Stranadko E.F., Skobelkin O.K., Litvin G.T. et al, "Clinical Photodynamic Therapy of Malignant Neoplasms", Photodynamic Therapy of Cancer II, Proc. Spie 2325, pp.240-246, 1995).
Этот способ используется, в основном, для рака кожи и онкологических опухолей, расположенных в приповерхностных областях тела.
Второй способ является основой современной терапии рака внутренних органов, основанной на применении высокочастотного (ВЧ) ЭМИ (Haemmerich D, Laeseke P.F., "Thermal tumour ablation: devices, clinical applications and future directions", Int J Hyperthermia, v. 21, pp.755-760, 2005; Bernardi P, Cavagnaro M, Pisa S, Piuzzi E., "Specific absorption rate and temperature elevation in a subject exposed in the far-field of radio-frequency sources operating in the 10-900-MHz range", IEEE Trans Biomed Eng, v. 50, pp.295-304, 2003; Abdalla E.K., Vauthey J.N., Ellis L.M., Ellis V., Pollock R., Broglio K.R., Hess K., Curley S.A., "Recurrence and outcomes following hepatic resection, radiofrequency ablation, and combined resection/ablation for colorectal liver metastases", Ann Surg, 239(6), pp.818-827,2004).
Этот терапевтический метод лечения онкологии имеет свои недостатки:
а) сигнал ВЧ ЭМИ может проникать в ткани только на расстояние ~(1-1,5) см от пластин антенны генератора;
б) дает неполное разрушение опухоли вплоть до 40% случаев;
в) при таком методе терапии повреждаются также и здоровые клетки, попавшие в зону действия ВЧ ЭМИ;
г) у 10% пациентов, получивших такой метод терапии, возникают ближние осложнения из-за излишней травматичности данного метода, а также отдаленные осложнения в виде метастазов, причина появления которых объясняется неполной ликвидацией раковых клеток опухоли;
д) данная терапия пригодна только для лечения определенного типа рака печени, почек, груди, легких и костей и непригодна для терапии рака мозга.
Известны способы терапии рака (Christopher J. Gannon, Paul Cherukuri, Boris I. Yakobson, Lament Cognet, John S. Kanzius, Carter Kittrell, R. Broce Weisman, Matteo Pasquali, Howard K. Schmidt, Richard E. Smalley, Steven A. Curley, «Carbon nanotube-enhanced thermal destruction of cancer cells in a noninvasive radiofrequency field». Cancer, v. 110, Issue 12, pp.2654 - 2665, 2007; Christopher J. Gannonl, Chitta Ranjan Patra, Resham Bhattacharya, Priyabrata Mukherjee, Steven A. Curley, "Intracellular gold nanoparticles enhance non-invasive radiofrequency thermal destruction of human gastrointestinal cancer cells". Journal of Nanobiotechnology, 6, 2 doi: 10.1186/1477-3155-6-2, 2008; Заявки США №№2008241262, 2007250139), заключающиеся - в адресной доставке наночастиц в онкологические клетки благодаря применению функционализированных спепиальным полимерным препаратом (например, кентера) наночастиц; - «пристегивании» к функционализированным наночастицам белковых «нацеливающих молекул»;
- адресной диссипации энергии воздействующего инвазийного радиочастотного (РЧ) ЭМИ (13,56 МГц) (являющегося не опасным для здоровых неармированных наночастицами клеток) в онкологических клетках животных, приводящая к их перегреву до цитотоксикоза.
Авторы упомянутых работ, обнаружив новую способность однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) нагреваться до высокой температуры под действием РЧ ЭМИ, выдвинули гипотезу, что это свойство ОУНТ можно использовать для получения теплового цитотоксикоза злокачественных клеток.
В опытах на животных суспензия из клеток опухоли кроликов с «пристегнутыми» к ним ОУНТ вводилась в онкологическую опухоль кроликов или в кровоток животных. Контроль распределения ОУНТ показал, что через некоторое время все введенные ОУНТ сосредотачивались только в онкологических клетках, т.е. в клетках здоровой ткани они отсутствовали вовсе. После этого кролики подвергались воздействию РЧ ЭМИ. Спустя двое суток онкологические ткани испытуемых кроликов исследовались на жизнеспособность. Анализ результатов проделанных исследований показал, что РЧ ЭМИ вызывало эффективное нагревание «пристегнутых» ОУНТ. Это использовалось для неагрессивного (для здоровых клеток), адресного, зависящего от концентрации ОУНТ, теплового разрушения раковых клеток, которые содержали ОУНТ. Все исследования показывали полный некроз печеночной опухоли животных при применении такой терапии, в то время как опухоли контрольных кроликов, подвергшихся воздействию РЧ ЭМИ без ОУНТ, оставались полностью жизнеспособными, также как опухоли кроликов, которым вводилась суспензия с ОУНТ, но они не подвергались воздействию РЧ ЭМИ. К заключению авторов можно отнести тот факт, что пристегнутые к раковым клеткам ОУНТ позволяют осуществить неагрессивный (по отношению к здоровым клеткам) метод полного уничтожения раковых клеток опухоли.
В качестве наночастиц в таких же способах применялись золотые наночастицы (ЗНЧ), сферические и одномерные. При этом применяемые мощности и экспозиции мало отличаются от тех, которые применялись для ОУНТ.
Этот метод, как и метод абляции под воздействием ВЧ ЭМИ основан на тепловом поражении клеток. Его отличие от метода ВЧ абляции заключается в адресности диссипации энергии воздействующего РЧ ЭМИ только в онкологических клетках. Этот метод терапии рака можно отнести к категории радикальных терапий, поскольку его применение позволяет полную ликвидацию онкологических клеток с минимальным поражением соседствующих здоровых клеток. К недостатку такой терапии можно отнести только один факт - это то, что он требует достаточно большого значения мощности воздействующего РЧ ЭМИ и строгого контроля его дозировки (мощность × время воздействия РЧ ЭМИ), ибо передозировка такого воздействия РЧ ЭМИ приводит к поражению соседствующих с раковыми клетками здоровых клеток организма, что является следствием наличия теплопроводности клеточного электролита, ограничивающего применение данного метода в терапии рака мозга.
За прототип выбран способ терапии рака (Christopher J. Gannonl, China Ranjan Patra, Resham Bhattacharya, Priyabrata Mukherjee, Steven A. Curley, "Intracelluiar gold nanoparticles enhance non-invasive radiofrequency thermal destruction of human gastrointestinal cancer cells". Journal of Nanobiotechnology, 6, 2 doi:10.1186/1477-3155-6-2, 2008), заключающийся в доставке в раковую клетку наночастиц с белковыми молекулами, облучении раковых клеток радиочастотным электромагнитным излучением, приводящим к тепловому цитотоксикозу злокачественных клеток. Адресность для онкологических клеток диссипации энергии воздействующего РЧ ЭМИ в данной терапии задается путем подбора для данного типа рака «нацеливающих» молекул, функционизирования наночастиц, приготовления суспензии из наночастиц с «пристегнутыми» к ним «нацеливающими» белковыми молекулами (липосомами, моноклональными молекулами, антителами и др.).
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является возможность применения данной терапии рака к онкологическим заболеваниям мозга, а также снижение доли пораженных при данной терапии соседствующих с раковой опухолью здоровых тканей за счет уменьшения мощности излучения.
Для этого предложен способ терапии рака, заключающийся в доставке в раковые клетки наночастиц посредством их функционализирования полимерами, с прикрепленными к ним белковыми молекулами или антителами, облучении раковых клеток радиочастотным электромагнитным излучением до их питотоксикоза, при этом облучение ведут радиочастотным электромагнитным излучением с низкочастотной модуляцией.
При этом выбирают параметры радиочастотного электромагнитного излучения с низкочастотной модуляцией - удельная мощность 10-1-10-2 Вт/см2 с несущей частотой 13,56 МГц, и частота модуляции - 1-100 Гц.
В качестве наночастиц используются однослойные углеродные нанотрубки или металлические наночастицы.
Адресность воздействия радиочастотного электромагнитного излучения с низкочастотной модуляцией именно на онкологические клетки обеспечивается адресной доставкой в них наночастиц, способствующих диссипации энергии воздействующею излучения в них в виде возбуждения генерации электрического потенциала. В свою очередь, эффективная адресная доставка наночастиц непосредственно в онкологические клетки обеспечивается «пристегиванием» к ним белковых «нацеливающих» молекул из ряда липосом, моноклональных молекул и антител после функцианализирования наночастиц путем обработки специальными полимерными препаратами, например кентера.
Предлагаемый способ основан на возбуждении генерации переменного электрического потенциала в онкологических клетках мозга с введенными в них наночастицами под воздействием РЧ ЭМИ с НЧМ с таким подбором частоты и амплитуды, который приводит к их цитотоксикозу.
Именно для возможности возбуждения такой генерации электрического потенциала в онкологических клетках мозга на воздействующее РЧ ЭМИ (с несущей частотой 13,56 МГц) накладывается амплитудная НЧМ с подбором величины удельной мощности воздействующего РЧ ЭМИ (~10-1-10-2 Вт/см2) и частоты этой НЧМ (1-100 Гц). Для сравнения - мощность воздействующего радиочастотного электромагнитного излучения в прототипе, основанном на термоцитотоксикозе, составляет - 4·10-1-1,0 Вт/см2.
Приведем пример расчета электрического потенциала, необходимого для разрушения клетки.
Пример.
Если удельная мощность Р, т.е. мощность, приходящаяся на площадь в 1 см2, и она составляет величину ~10-1 Вт/см2, то это соответствует плотности энергии электромагнитного поля в волне , где ν - скорость света в среде живой ткани, которая почти равна скорости света в воде ~2,25·1010 см/сек, что для видимого света соответствует диэлектрической проницаемости воды ε~1,8. Отсюда получаем напряженность электрического поля в волне
Если принять во внимание, что различные нервные клетки имеют размеры (10-50) мкм, то потенциал электрического поля, приходящийся на них от поля воздействующей электромагнитной волны, составляет φ~(7,5-37,5)мВ соответственно. Поскольку тканевые клетки и клетки различных органов имеют размеры порядка 1 мкм, то для них разность потенциала в поле воздействующей волны составит величину ~φ~0,75 мВ При условии резонанса, т.е. при соответствии частоты модуляции частоте колебаний поляризационного облака (экранирующего наночастицы в клетке), потенциал, наведенный в нем (за счет смещения поляризационного облака экранирующих частиц клеточного электролита относительно его керна из наночастиц), может значительно превысить величину генерируемого ей электрического потенциала (~(1-10) мВ для обычных и (10-75) мВ для нервных клеток), нарушить в ней действие калий-натриевого насоса и, вызвав кислородное голодание, погубить клетку посредством некроза. Значения биоэлектрических потенциалов клеток человека и их размеров, см.
"Биоэлектрические потенциалы". Большая советская энциклопедия
http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00008/62900.htm;
"Физиология человека", под редакцией В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько
http://lechebnik.info/447/1.htm;
http://ru.wikipedia.org/wiki/Потенциал действия
"Биоэлектрические потенциалы"
http.//www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/118/659.htm:
Гибель клеток от кислородного голодания описана в статье: "БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ И НЕЗАПРОГРАММИРОВАННАЯ СМЕРТЬ КЛЕТКИ", Ю.А.ВЛАДИМИРОВ. Российский государственный медицинский университет, Москва.
http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1064.html.
Heагрессивность предлагаемой терапии, т.е. существенное снижение доли пораженных при данной терапии соседствующих с раковой опухолью здоровых тканей, обуславливается высокой эффективностью нацеливания диссипации энергии воздействующего РЧ ЭМИ с НЧМ и не тепловым, а биофизическим механизмом вызова цитотоксикоза раковых клеток мозга, допускающим десятикратную передозировку воздействующего ЭМИ.
Возможность применения данной терапии рака к онкологическим заболеваниям мозга обуславливается способом вызова цитотоксикоза в ней и его неагрессивностью по отношению к здоровым клеткам.
1. Способ вызова цитотоксикоза раковых клеток мозга, заключающийся в том, что осуществляют доставку в раковые клетки наночастиц посредством их функционализирования полимерами, с прикрепленными к ним белковыми молекулами или антителами, затем выполняют облучение раковых клеток радиочастотным электромагнитным излучением с низкочастотной модуляцией с параметрами: удельная мощность 10-1-10-2 Вт/см2 с несущей частотой 13,56 МГц, и частота модуляции - 1-100 Гц, до достижения цитотоксикоза раковых клеток.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наночастиц используют однослойные углеродные нанотрубки или металлические наночастицы.
