Ученые решили применить сперматозоиды для доставки лекарств, уничтожающих раковые опухоли

Уникальную систему доставки лекарств прямо в опухолевые клетки разработали Мариана Медина-Санчес (Mariana Medina-Sánchez) и ее коллеги из Института интегративных нанонаук в Дрездене. Они предложили использовать для этого сперматозоиды. Метод предназначен для лечения онкологических заболеваний женских репродуктивных органов, а также эндометриоза и воспалительных процессов.

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.

Немецкие ученые решили попробовать использовать для лечения женских онкологических заболеваний половой системы сперматозоиды.

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 организме.

На следующем этапе ученые намерены выяснить, как организм будет справляться с выделением металлических нанокомпонентов, которые применяются в их методе. Также ученые должны научиться регулировать дозу препарата. После этого они перейдут к опытам с человеческими сперматозоидами.