Способ лечения рака с помощью графена и лазера

Предложен способ лечения рака с помощью графена и лазера

Падение уровня графена в крови подопытных мышей в зависимости от времени. %ID/g — это процент от введенной дозы на грамм веса. График из обсуждаемой статьи в Nano Letters

Графен — восходящая звезда на небосклоне нанотехнологий. На его основе собираются делать транзисторы нового поколения, сенсоры для определения одной-единственной молекулы вещества и электроды для суперконденсаторов. А теперь выясняется, что его ждет и большое медицинское будущее. Оказалось, что, будучи введенными в кровеносную систему больных раком мышей, графен избирательно накапливается в опухолях. Если после этого использовать высокую поглощающую способность графена на ближних инфракрасных частотах и облучить опухоль лазером, то она буквально сгорит, а мышь выздоровеет. Причем, что особенно вдохновляет, исследователи не нашли у подопытных мышей никаких побочных действий такого лечения.

Идея о том, чтобы внедрить какие-нибудь наночастицы в опухоль, а потом с их помощью опухоль сжечь, посещала головы ученых уже давно. Однако ни один из испытываемых наноматериалов не был идеальным. Например, углеродные нанотрубки накапливались не только в раковой опухоли, но и в некоторых других органах мыши, и когда опухоль начинал сжигать лазер, сгорала не только она.

Графен можно назвать родственником углеродной нанотрубки: это тот же слой атомов углерода, только не свернутый в цилиндр, а плоский. Это сходство наводило на мысль, что он тоже должен неплохо аккумулироваться в раковых опухолях. И когда ученые попробовали посмотреть, как поведет себя графен в больном раком мышином организме, результаты оказались просто блестящими: по какой-то причине (может, именно из-за своей плоской структуры) графен аккумулируется опухолью гораздо лучше, а в других тканях практически не задерживаются.

В экспериментах использовался графен, покрытый биосовместимой оболочкой из полиэтиленгликоля («голый» графен нестабилен в живом организме). Эксперимент состоял из нескольких стадий.

Первым делом исследователям надо было просто выяснить, что происходит с графеном после того, как он оказался внутри организма. Для этого графен пометили флуоресцентной краской Cy7, ввели в вену подопытным мышам и стали раз в несколько часов измерять его содержание в крови. Оказалось, что уже через шесть часов его уровень падает почти до нуля. Это очень и очень радовало. Теперь ученые ввели графен в кровь мышей с раковыми опухолями и стали смотреть на динамику его распределения по мышиному телу. Оказалось, что уже через 24 часа графен скапливается в районе опухоли и гораздо слабее представлен во всём остальном теле. Стоит отметить, что в почках уровень графена оставался сравнительно высоким; исследователи предположили, что некоторые частицы графена настолько малы, что могут покидать организм с мочой.

Распределение графена по организму мыши через разные промежутки времени после его введения. 4Т1, КВ и U87MG — различные виды раковых опухолей. Изображение из обсуждаемой статьи в Nano Letters

Теперь ученые решили заняться собственно лечением рака.

33 мыши получили раковую опухоль на правом плече; после этого 17-ти из них была сделана инъекция графена, а остальные остались для контроля. Через сутки после инъекции опухоли десяти инъецированных и десяти неинъецированных мышей были облучены лазером с длиной волны 808 нм, на которой графен поглощает свет особенно хорошо. Таким образом, ученые работали с одной опытной («графен + облучение») группой и тремя контрольными («только графен», «только облучение» и «ни того, ни другого»).

Опухоли опытных мышей буквально сгорели — температура на поверхности тела в месте облучения подскочила на 50° (у контрольных мышей — всего на 2°). На следующий день рак у этих мышей исчез, оставив после себя только характерный черный шрам, который заметно уменьшился спустя неделю после облучения. За все те 40 дней, что продолжалось исследование, у этих мышей не было обнаружено никаких признаков возвращения опухоли. В то же время у всех трех контрольных групп мышей рак никуда не делся, и средняя продолжительность их жизни после начала эксперимента составляла 16 дней.

Типичные фотографии мышей из четырех групп, участвовавших в эксперименте. NGS-PEG — графен, покрытый полиэтиленгликолем (nanographene sheets with polyethylene glycol). Видно, что у мыши, инъецированной графеном и облученной лазером, опухоль уничтожена. Изображение из обсуждаемой статьи в Nano Letters

Результаты были блестящими, но они бы не имели никакого смысла, если бы у метода оказались серьезные побочные действия. Однако и тут всё было безупречно: за 40 дней исследования ни одна опытная мышь не умерла, у животных не наблюдалось симптомов болезней или потери в весе; после окончания эксперимента ученые исследовали срезы внутренних органов опытных мышей и не обнаружили никаких признаков повреждений.

Конечно, пока рано говорить, что появилась волшебная палочка, которая одним мановением вылечит всех больных. Просто это очень удачное пилотное исследование.

Группы, на которых проводилось исследование, были слишком маленькими, а время эксперимента — слишком коротким, и вполне возможно, что какой-нибудь хитрый побочный эффект ускользнул от внимания ученых. Кроме того, опухоли у мышей были не «родными», выросшими в их собственном организме, а трансплантантными, то есть пересаженными. Вполне возможно, что графен в них по какой-то причине накапливается лучше, чем в «родных». Есть и несколько неясных мест в исследовании. Например, когда ученые утверждали, что выздоровевшие мыши не теряли в весе, они сравнивали их с контрольными группами, которые были больны раком и не могли не испытывать проблем со здоровьем. К тому же, мыши сами по себе гораздо чаще заболевают раком и гораздо легче выздоравливают, чем люди, и дальнейшие эксперименты на других видах животных могут опустить нас с небес на землю.

Тем не менее это исследование — отличное начало, и будем надеяться, что продолжение окажется не хуже.