Перспективы и проблемы использования наночастиц и нанотехнологий в онкологии

Приводится краткая характеристика наночастиц, используемых в медицине. Рассматривается применение наночастиц для целевой доставки лекарств и различных видов гипертермии в онкологии. Значительное место уделяется использованию наночастиц в диагностике и лечении злокачественных новообразований. Обсуждаются перспективы развития наноонкологии.

В последнее время широко обсуждаются медицинские технологии, в которых используются наночастицы (наноматериалы). В значительной степени это обусловлено теми уникальными свойствами, которые приобретают различные вещества ультрамалых размеров. Быстро развивающаяся отрасль технологий предоставляет уникальные возможности для создания самых современных методов диагностики и лечения ряда заболеваний [5, 9, 16, 18, 21, 27]. Уже наметились и активно изучаются перспективные направления применения наночастиц в медицине. Они прежде всего касаются управления с помощью наночастиц физическими, химическими и биологическими процессами, протекающими в живых организмах на молекулярном уровне. Ранее нами рассматривались актуальные вопросы использования нанотехнологий в клинической медицине, а также в физиотерапии [36, 37, 39]. В данном обзоре изложены важнейшие сведения о возможных направлениях и проблемах применения наночастиц различной природы в онкологии.

Краткая характеристика наночастиц

Наночастицы (греч. nanos — карлик, гном, миллиардная доля) — это молекулярные конструкции, ансамбли, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нм (1 нм=10~9 м) и соответствуют уровням биологической организации от атомарного до субклеточного. Например, наноразмеры имеют атомы углерода (диаметр 0,15 нм), аминокислота аланин (0,35 нм), белковые полипептиды (4—50 нм), ДНК (двойная спираль с периодом 3,4 нм и диаметром 3 нм), ген (2 нм шириной и 10—100 нм длиной), гексамерная РНК (внутренний канал 3,6 нм), вирусы (10—450 нм) и др. [15, 73]. Именно соответствие наночастиц размерам биологических молекул и некоторых надмолекулярных структур предопределяет новые возможности и направления их применения в биологии и медицине.

Как известно, уменьшение размера частиц вещества до нескольких нанометров приводит к тому, что многие свойства вещества начинают определяться не только и даже не столько его химическим составом, сколько размерами. Например, уменьшение размеров частиц некоторых соединений до нанометровых может изменять цвет, токсичность, проникающую способность, механические и другие свойства. Переход от «микро» к «нано» — это не только количественный, но и качественный переход от манипуляции веществом к контролируемой манипуляции атомами и молекулами. Благодаря своим малым размерам наночастицы приобретают новые физико-химические свойства и функции, существенно отличающиеся от тех, которыми обладают составляющие их молекулы и атомы веществ в частицах большего размера [88].

Выделяют несколько классов наночастиц. Охарактеризуем основные из них, имеющие отношение к биологии и медицине.

ЛИТЕРАТУРА

1.    Агабеков В. Е., Кашевский Б. Э., Кашевский С. Б. и др. // Докл. НАН Беларуси.— 2008.— Т. 52, № 2.— С. 62—65.
2.    Александров Н. Н., Савченко Н. Е., Фрадкин С. З. и др. Применение гипертермии и гипергликемии при лечении злокачественных опухолей.— М., 1980.
3.    Андронова Н. В., Николаев А. Л., Трещалина Е. М. и др. // Рос. биотерапевт. журн.— 2004.— Т. 3, № 2.— С. 12.
4.    Андронова Н. В., Филоненко Д. В., Божевольнов В. Е. и др. // Рос. биотерапевт. журн.— 2005.— Т. 4, № 3.— С. 101—105.
5.    Анохин Ю. Н. // Фундаментальные проблемы науки, Т. 3.— М, 2010.— С. 229—232.
6.    Гельперина С. Э., Швец В. И. // Биотехнология.— 2009.— № 3.— С. 8—23.
7.    Гельфонд М. Л., Барчук А. С. Лазерная селективная гипертермия в лечении злокачественных новообразований: Методич. рекомендации.— СПб., 2002.
8.    Глушкова А. В., Радилов А. С., Рембовский В. Р. // Токсикол. вестн.— 2007.— № 6.— С. 4—8.
9.    Кабаяси Н. Введение в нанотехнологию.— М., 2008.
10.    Каплун А. П., Ле Банг Шон, Краснопольский Ю. М., Швец В. И. // Вопр. мед. химии.— 1999.— Т. 45.— С. 3—12.
11.    Кашевский Б. Э, Улащик В. С., Истомин Ю. П. и др. // Докл. НАН Беларуси.— 2010.— Т. 547, № 2.— С. 114—117.
12.    Кит О. И., Златник Е. Ю., Передреева Л. В. // Бюл. эксперим. биологии и медицины.— 2013.— № 9.— С. 367—370.
13.    Кит О. И., Златник Е. Ю., Передреева Л. В., Червонобродов С. П. // Бюл. эксперим. биологии и медицины.— 2013.— Т. 156, № 9.— С. 348—351.
14.    Курпешев О. К., Лебедева Т. В., Светицкий П. В. Экспериментальные основы применения гипертермии в онкологии.— Ростов н/Д, 2005.
15.    Лахтин В. М., Афанасьев С. С., Лахтин М. В. и др. // Вестн. РАМН.— 2008.— № 4.— С. 50—55.
16.    Мартынова Е. У., Козлов Е. Н., Муха Д. В. // Успехи совр. биологии.— 2012.— Т. 132, № 5.— С. 435—447.
17.    Матвеевская Н. А., Семиноженко В. П., Толмачев А. В. // Материаловедение.— 2006.— Т. 7.— С. 39—43.
18.    Медведева Н. В., Ипатова О. М., Иванов Ю. Д. и др. // Биомед. химия.— 2006.— Т. 52, № 6.— С. 529—546.
19.    Мешалкин Ю. П., Бгатова Н. П. // J. Siberian. Federal University Biology.— 2008.— Vol. 3.— P. 248—268.
20.    Михайлов Г. А., Васильева О. С. //Бюл. СО РАМН.— 2008.— № 3.— С. 18—22.
21.    Намиот В. А. // Биофизика.— 2011.— Т. 56, вып. 5.— С. 863—867.
22.    Николаев А. Л., Гопин А. В., Божевольнов В. Е. и др. // Акустич. журн.— 2009.— Т. 55, № 4—5.— С. 565—574.
23.    Олейников В. А., Суханова А. В., Набиев И. Р. //Рос. нанотехнологии.— 2007.— Т. 2, № 1—2.— С. 160—173.
24.    Осинский С., Ваупель П. Микрофизиология опухолей: метаболическое окружение опухолевых клеток: характеристика, влияние на опухолевую прогрессию, клиническое приложение.— Киев, 2009.
25.    Пархоменко А. А. Ферромагнитная гипертермия в лечении злокачественных заболеваний некоторых локализаций:Автореф. дис…. канд. мед. наук.— М., 1994.
26.    Провоторов В. М., Иванова Г. А. // Клинич. медицина.— 2009.— № 9.— С. 4—8.
27.    Розенфельд Л. Г., Москаленко В. Ф., Чекман И. С., Мовчан Б. О. // Укр. мед. часопис.— 2008.— № 5.— С. 63—68.
28.    Семиглазов В. Ф., Палтуев Р. М., Семиглазов В. В. и др. // Фарматека.— 2010.— № 6.— С. 11—15.
29.    Сироткина М. А., Елагин В. В., Ширманова М. В. и др. // СТМ.— 2010.— № 1.— С. 6—11.
30.    Соболев А. С. //Вестн. РАН.— 2013.— Т. 83, № 8.— С. 685—694.
31.    Способ подавления опухолевого роста / Н. В. Андронова идр.— Патент Ru № 2447916.
32.    Способ усиления действия ультразвука при лечении гипертермией опухолевых тканей путем использования нанокластеров / Л. А. Осминцина и др.— Патент Ru № 2447915.
33.    Суздалев И. П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов.— М., 2006.
34.    Терпинская Т. И., Кашевский Б. Э., Кашевский С. Б. идр. // Докл. НАН Беларуси.— 2013.— Т. 57, № 3.— С. 106—110.
35.    Терпинская Т. И., Кашевский Б. Э., Кашевский С. Б. и др. // Здравоохранение.— 2014.— № 3.— С. 9—16.
36.    Улащик В. С. // Здравоохранение.— 2009.— №2.— С. 4—10.
37.    Улащик В. С. // Наука и инновации.— 2009.— № 5.— С. 66—69.
38.    Улащик В. С. // Новости медико-биол. наук.— 2013.— Т. 8, № 4.— С. 159—170.
39.    Улащик В. С. // Физиотерапевт.— 2013.— № 1.— С. 44—60.
40.    Фрадкин С. З. // Мед. новости.— 2004.— № 3.— С. 3—8.
41.    Чехун В. Ф. // Онкология.— 2008.— Т. 10, № 4.— С. 414—419.
42.    Шалашная Е. В., Горошинская И. А., Качесова П. С. // Бюл. эксперим. биологии и медицины.— 2011.— № 11.— С. 552—556.
43.    Якубовская Р. И., Панкратов А. А., Андреева Т. Н. и др. // Рос. онкологич. журн.— 2010.— № 8.— С. 32—36.
44.    Alivisatos P. // Nat. Biotechnol.— 2004.— Vol. 22, № 1.— p. 47—52.
45.    Andrievsky G., Zhmuro A., Zabobonina L., Suchina E. // Biochemical and Pharmaceutical Aspects of Fullerene Materials.— Toronto, 2000.— Poster № 0377.
46.    Baroli B., Ennas M. G., Loffredo F., et al. // J. Invest. Dermatol.— 2007.— Vol. 127, № 7.— P. 1701—1712.
47.    Burlaka A. P., Sidorik Y. P., Prylutska S. V., et al. //Exp. Oncol.— 2004.— Vol. 26, № 4.— P. 326—327.
48.    Chermont Q., Chaneac С., Seguin J., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci.— 2007.— Vol. 104, № 22.— P. 9266—9271.
49.    Choi A. O., Cho S. J., Desbarats J., et al. // J. Nanobiotechnol.— 2007.— Vol. 5.— P. 1—13.
50.    Choi H. S., Liu W., Misra P., et al. // Nat. Biotechnol.— 2007.— Vol. 25, № 10.— P. 1165—1170.
51.    Chu B., Liang D., Hadjiargyrou M., Hsiao B. // J. Phys. Condens. Matter.— 2006.— Vol. 18.— P. 52513—52525.
52.    Daniel M. C., Astruc D. // Chem. Rev.— 2004.— Vol. 104, № 1.— P. 293—346.
53.    Debouttiere P.-J., Roux S., Vacanson F., et al. //Adv. Function. Materials.— 2006.— Vol. 16.— P. 2330—2339.
54.    Fortin-Ripoche J. P., Martina M. S., Gazeau F., et al. // Radiology.— 2006.— Vol. 239, № 2.— P. 415—424.
55.    Gao X. // Proc. 29th Annu. Int. Conf. IEEE EMBS.— Lyon, 2007.— P. 524—525.
56.    Gupta U., Agashe H. B., Asthana A., Jain N. K. // Nanomedicine.— 2006.— Vol. 2, № 2.— P. 66—73.
57.    Hilder T. A, Hill J. M. // Nanotechnology.— 2007.— Vol. 18, № 27.— P. 275704—275711.
58.    Huang W, Quian K. // Sheng Li Ke Xue Jin Zhan.— 1995.— Vol. 26, № 4.— P. 367—369.
59.    Hughes G. // Nanomedicine.— 2005.— Vol. 1.— P. 22—30.
60.    Ito A., Shinkai M., Honda H., Kobayashi T. J. // J. Biosci. Bioeng.— 2005.— Vol. 100, № 1.— P. 1—11.
61.    Jurgons R., Seliger C., Hilpert A., et al. // J. Phys.— 2006.— Vol. 18, № 38.— P. 52893—52902.
62.    Kale A. A, Torchilin V. P. // J. Drug Target.— 2007.— Vol. 15, № 7—8.— P. 538—545.
63.    Kashevsky B. E., Agabekov V. E., Kashevsky S. V., et al. // Particuology.— 2008.— Vol. 38, № 6.— P. 322—333.
64.    Kovalev D., Gross E., Kunzner N., et al. // Phys. Rev. Lett.— 2002.— Vol. 89, № 13.— P. 13401—13404.
65.    Le B., Shinkai M., Kitade T., et al. // J. Chem. Eng. Jpn.— 2001.— Vol. 34, № 1.— P. 66—72.
66.    Lee J. H, Huh Y. M., Jun Y. W., et al. // Nat. Med.— 2007.— Vol. 13, № 1.— P. 95—99.
67.    Lee T., Oldenburg A., Sitafalwalla S., et al. // Optics Lett.— 2003.— Vol. 28.— P. 1546—1548.
68.    Li B. // Harward Sci. Rev. Small Sci.— 2006.— Vol. 19.— P. 42—45.
69.    Luk K. H, Hulse R. M, Phillips T. L. // West J. Med.— 1980.— Vol. 132, №3.— P. 179—185.
70.    Mroz P., Pawlak A., Satti M., et al. // Free Radic. Biol. Med.— 2007.— Vol. 43, № 5.— P. 711—719.
71.    Nissen M. K., Wilson S. M., Thewalt M. L. // Phys. Rev. Lett.— 1992.— Vol. 69, № 16.— P. 2423—2426.
72.    Nobuto H., Sugita T., Kubo T., et al. // Int. J. Cancer.— 2004.— Vol. 109, №4.— P. 627—635.
73.    Pankhurst Q. // BT Tehnol. J.— 2006.— Vol. 24.— P. 33—38.
74.    Pankhurst Q., Connolly J., Jones S., Dobson J. // J. Phys. D. Appl. Phys.— 2003.— Vol. 36.— P. R167—R181.
75.    Petersson K., Ilver D., Johansson C., Krozer A. //Anal. Chim. Acta.— 2006.— Vol. 573—574.— P. 138—146.
76.    Puhaca B. //Med. Pregl.— 1999.— Vol. 52, № 11— 12.— P. 521—526.
77.    Riviere C., Roux S., Tillement O., et al. // Ann. Chim. Sci. Mater.— 2006.— Vol. 312, № 3.— P. 351—367.
78.    Service R. // Science.— 2005.— Vol. 310.— P. 1132— 1134.
79.    Shcharbin D., Dzmitruk V., Shakhbazau A., et al. // Pharmaceutics.— 2011.— Vol. 3, № 3.— P. 458—473.
80.    Shinkai M., Le B., Honda H., et al. // Jpn. J. Cancer Res.— 2001.— Vol. 92, № 10.— P. 1138—1145.
81.    Steiniger S. C., Kreuter J., Khalansky A. S., et al. // Int. J. Cancer.— 2004.— Vol. 109, № 5.— P. 759—767.
82.    Tabata Y., Murakami Y., Ikada Y. // Jpn. J. Cancer Res.— 1997.— Vol. 88, № 11.— P. 1108—1116.
83.    Taylor P. M., Hawnaur J. M., Hutchinson C. E. // Clin. Radiol.— 1995.— Vol. 50, № 4.— P. 215—219.
84.    Trzaskowski B., Jalbout A., Adamowicz L. // Chem. Phys. Lett.— 2006.— Vol. 430.— P. 97—100.
85.    Uchiyama T, Mohri K., Shinkai M., et al. // Trans. JEE Jpn.— 1999.— Vol. 199.— P. 545—553.
86.    Vogl T. J., Straub R., Eichler K., et al. // Radiology.— 2004.— Vol. 230, № 2.— P. 450—458.
87.    West J. L., Halas N. J. // Ann. Rev. Biomed. Eng.— 2003.— Vol. 5.— P. 285—292.
88.    Yamamoto Y., Miura T., Suzuki M., et al. // Phys. Rev. Lett.— 2004.— Vol. 93, № 11.— P. 116801—116815.
89.    Zhao Y., Sadtler J., Persuy M., et al. // Lab. Chip.— 2006.— Vol. 6.— P. 784—786.
90.    Zheng J. // Zhonghua Bing Li Xue Za Zhi.— 2007.— Vol. 36, № 7.— P. 433—434.

Поступила 28.02.14.

Адрес для корреспонденции:
Улащик Владимир Сергеевич. Институт физиологии НАН Беларуси. 220072, г. Минск, ул. Академическая, 28;
сл. тел. (8-017) 332-16-00.

Ключевые слова: , , , , ,
Автор(ы): Улащик В. С.
Медучреждение: Институт физиологии НАН Беларуси