Изучение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в качестве клеточной системы доставки противоопухолевых препаратов и их дистанционная активация

Резюме

Эффективность ряда цитотоксических препаратов повышается с увеличением концентрации действующего вещества в очаге опухоли. Однако с другой стороны, повышение вводимых доз приводит также к усилению побочных эффектов в отношении здоровых тканей. Решением может служить разработка новой лекарственной формы, которая позволила бы создать высокие локальные концентрации цитостатиков в зоне опухоли, не затрагивая окружающие здоровые ткани. Для создания такой системы доставки лекарственного вещества возможно использование мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК), модифицированных гибридными полимерными микрокапсулами. ММСК благодаря эффекту патотропизма способны обеспечить активную доставку БАВ в опухолевый очаг, в то время как микрокапсулы обладают высокой загружающей способностью и могут защитить клетки носители от воздействия инкапсулируемого препарата. В данной работе микрокапсулы дополнительно были модифицированы золотыми наночастицами, что обеспечивает их чувствительность к инфракрасному излучению и позволяет контролировать высвобождение препарата из микрокапсулы. В данном исследовании в качестве модельного препарата с дозозависимым эффектом использовался винкристин.

Объекты и методы

Капсулы были синтезированы при помощи технологии Layer-by-Layer (Polyarginine/Dextran sulfate) и золь-гель синтеза (Tetraethyl orthosilicate). Была произведена оценка загружающей способности капсул микрометрового (1-2 мкм) и субмикрометрового (500-600 нм) размеров. Также было продемонстрировано, что без воздействия инфракрасного лазера на капсулы наблюдается выход винкристина менее 10%. Благодаря этому данные капсулы являются нетоксичными для клеток носителей, что было подтверждено при проведении цитотоксикологических экспериментов. Также была выполнена оценка влияния капсул на спонтанную, а также направленную миграцию ММСК, которая показала, что при соотношении клеток и капсул 1 к 10 не наблюдается существенное снижение миграционного потенциала клеток-носителей. Оценка спонтанной миграции проводилась при помощи системы наблюдения за живыми клетками в культуре Cell-IQ, а также теста заживления раны монослоя. Влияние капсул с винкристином на направленную миграцию оценивалось при помощи слайдов для хемотаксиса. Инвазивный потенциал определялся при помощи камеры Бойдена. Для экспериментов по направленной миграции клеток использовался цитокин SDF-1, которые экспрессируется рядом опухолей, и считается ключевым в регуляции миграции ММСК.

Результаты

Также была исследована эффективность данной системы доставки на модели тумороида в коллагеновом геле. Опухолевый сфероид состоял из клеток меланомы, экспрессирующих SDF-1. Было продемонстрировано, что ММСК, модифицированные капсулами, были способны не только мигрировать по направлению к очагу опухоли, но также проникать в опухолевый сфероид на глубину до 50 мкм. Сравнение эффективности чистого винкристина, капсул с винкристином, а также ММСК, модифицированных капсулами с винкристином, продемонстрировало существенное увеличение эффективности в случае применения ММСК. Также было продемонстрировано, что воздействие инфракрасным излучением на капсулы для их вскрытия увеличивает эффект в 2-4 раза благодаря единовременному высвобождению цитостатика из капсул.

Выводы

Таким образом, была разработана система доставки лекарственных препаратов, которая была способна обеспечить высокие локальные концентрации действующего вещества в зоне опухоли и продемонстрировала в несколько раз большую эффективность in vitro по сравнению со свободным препаратом.

Ключевые слова

Микро- и нанокапсулы, таргетная доставка, противоопухолевые препараты, интернализация, мезенхимные стромальные клетки, миграция, фармакокинетика, синтез, культивирование, клетки-носители.