Ученые из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали напечатанные на 3D-принтере структуры с ДНК, которые способны направлять химиотерапевтические препараты к пораженным органам и дальше от здоровых тканей.
Новые устройства, получившие название «ChemoFilters», можно вводить пациентам во время внутриартериальной химиотерапии, чтобы дренировать пораженные органы и предотвратить попадание токсичных веществ в их кровоток. По словам исследователей, благодаря покрытию геномной ДНК, хемофильтры способны улавливать доксорубицин с высокой эффективностью и защищать пациентов от побочных эффектов токсичности вне мишени.
Согласно исследованию Американского онкологического общества, к 2040 году количество смертей от рака превысит 16 миллионов - статистика, которая ставит под сомнение эффективность нынешних методов лечения. Хотя химиотерапия стала мощным инструментом в борьбе с болезнью, ее успех по-прежнему ограничен «системной токсичностью» - феноменом, при котором лекарства, не усваиваемые раковыми клетками, вместо этого убивают здоровые, часто вызывая повреждение органов.
Что еще хуже, многие химиопрепараты демонстрируют большую эффективность в более высоких дозах, вынуждая клиницистов выбирать между максимальным подавлением опухоли и предотвращением повреждения окружающих тканей. Там, где были разработаны более целевые методы лечения, они также сопровождались длительными исследованиями и разработками, а также другими изнурительными побочными эффектами, которые могут сделать лечение неприятным для пациентов.
Чтобы обойти это, ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско впервые создали ChemoFilters еще в 2014 году, которые были покрыты внешней ДНК, чтобы химиопрепараты атаковали их, а не здоровые клетки, но, несмотря на попытки повторить первоначальный дизайн команды, ограничения материалов, связывающих лекарственные средства, препятствовали производству модернизированных устройств.
Однако совсем недавно исследователи из близлежащего Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что сульфированные сополимеры, напечатанные на 3D-принтере, обладают отличным потенциалом захвата лекарств. Вдохновленные успехами своих соотечественников, команда Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Сан-Франциско теперь предлагает, чтобы покрытие полиакрилатов ДНК могло сделать их еще более эффективными для приложений in-vitro для улавливания лекарств.
Для начала ученые использовали 3D-принтер Autodesk Ember DLP и смолу PR48 для создания набора кубических решеток 12 мм (Ш) x 2,5 мм (В). Каждое устройство имело 16x 16x3 внутренних блоков с отверстиями примерно в 500 мкм, что делало их достаточно большими, чтобы позволить клеткам проходить через них, а их общую структуру достаточно малой для использования в лабораторных условиях.
Когда все было готово, команда покрыла свои части геномной ДНК, используя два разных метода. В первом методе необработанные решетки были пропитаны кислым раствором ДНК, в то время как во втором методе исследователи объединили электростатические взаимодействия и сшивание UVC для связывания отрицательно заряженных геномов на своих устройствах.
Еще до того, как ученые приступили к испытаниям, они могли сказать, что первая привела к слипанию нитей ДНК в волокнистые массы вместо покрытия поверхности решетки, что привело к уменьшению количества слоев. Чтобы максимизировать эффективность абсорбции лекарств в их устройствах и предотвратить потенциальную «утечку» ДНК, команда пропитала их PBS (сульфидом свинца) перед тестированием, во время которого они подвергали их воздействию доксорубицина в условиях in vitro.
По сравнению с обычными решетками, новые устройства исследователей оказались способны улавливать почти вдвое большее количество противораковых препаратов, выщелачивая 100 пг геномной ДНК на 1 мм2 материала каждые 30 минут, что привело команду к выводу, что они представляют собой «значительный шаг к перевод этих устройств в клиническом применении».
«Снижение нецелевой токсичности при химиотерапии с помощью устройства имеет огромные последствия и может улучшить то, как мы лечим рак», - заключила команда в своей статье. «В более общем плане мы надеемся, что эту концепцию улавливания наркотиков можно будет расширить для решения других проблем в медицине, которые должны бороться с токсичностью не по назначению».
Исследователи все чаще разрабатывают новые материалы для 3D-печати и подходы, которые помогают облегчить страдания больных раком, проходящих курс химиотерапии. Буквально в прошлом месяце группа ученых разработала экранирование желудочно-кишечного тракта, напечатанное на 3D-принтере, которое эффективно снижает радиацию здоровых клеток рта и желудка до 30%.
В Университете штата Северная Каролина исследователи создали антенны для лучевой терапии груди, изготовленные с помощью аддитивного производства, которые пациенты могут носить во время процедур микроволновой гипертермии. Устройства не только настраиваются, что делает их более удобными для пользователей, но и их диэлектрическая проницаемость потенциально может быть отрегулирована, чтобы превзойти обычные устройства.
Точно так же ученые Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) напечатали горловые стенты на 3D-принтере, способные облегчить симптомы эзофагита. Созданные на основе биочернил, полученных из клеток, устройства в форме гантелей разработаны, чтобы помочь уменьшить любое воспаление полости рта, вызванное лучевой терапией, позволяя пациентам есть более комфортно.
Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием «Материалы для захвата лекарств, напечатанные на 3D-принтере на основе покрытий геномной ДНК», соавторами которой являются Дэрил В.Йи, Стивен В.Хеттс и Джулия Р.Грир.