MEDICINA

Gordana Tomljenović

Nanotehnologija u lečenju raka

Revolucionarni pristup metastatskoj bolesti

Da li se do leka protiv malignih bolesti može doći uz pomoć matematike, fizike, inženjerskog i IT znanja? Sudeći prema iskustvu i dvodecenijskom radu prof. Maura Ferarija, predsednika i izvršnog direktora Metodističkog istraživačkog instituta u Hjustonu, jednog od pionira primene nanotehnologije u medicini, taj multidisciplinarni naučni pristup donosi ohrabrujuće rezultate.

Marta prošle godine, časopis Nature Biotechnology objavio je gotovo neverovatne rezultate do kojih je njegov istraživački tim došao u eksperimentalnoj primeni nano-leka kojim su kod laboratorijskih miševa uspešno eliminisane metastaze takozvanog trostruko negativnog karcinoma dojke. Prof. dr Ferari, koji vodi američki nacionalni program za razvoj personalizovanih imunoterapija za lečenje tumora dojke i pankreasa - i ove godine formira američki Centar za imunoterapijsku transportnu onkofiziku (Center for Immunotherapeutic Transport Oncophysics - CITO) - početkom jula bio je u još jednoj poseti Srbiji. U SANU u Beogradu i na Kragujevačkom univerzitetu održao je predavanja o kancerskoj nanomedicini. 

Neizlečive metastaze…

Poredeći konvencionalan biološko-hemijski pristup istraživanju raka fokusiran na ćeliju i na sam tumor, i revolucionarno nov multidisciplinarni onkofizički pristup u čijem je fokusu višefazni transport leka na ciljano mesto, prof. dr Ferari kaže da će istraživanje fizioloških promena u organizmu tokom progresije raka, a ne fokusiranje na tumor, pomoći istraživačima da razviju efikasnije, personalizovane antikancerske terapije sa manje štetnih efekata. Upravo zato je u SAD formiran pomenuti istraživački centar koji okuplja fizi- čare, biologe, hemičare, matematičare, inženjere... “Nije čudo što lek za rak ne može da se nađe, kad dosad nije ni definisan”, kaže prof. Ferari. “Sve što imamo su fenomenološki opisi kancerske bolesti, ali ja mislim da mi možemo mnogo bolje od toga”.

Pri tome, on smatra da je rak sistemska bolest u kojoj fundamentalni problem predstavlja metastaziranje bolesti - migriranje kancerskih ćelija i u druge delove tela - te je rad njegovog istraživačkog tima posebno posvećen proučavanju metastaza. Za većinu pacijenata koji boluju od maligne bolesti najveći rizik ne predstavlja izvorni tumor, već njegove metastaze koje zahvataju druga tkiva, a najčešće pluća i jetru; oko 70 odsto smrtnih slučajeva izazvanih rakom, posledica su metastaza na upravo ta dva organa. Prof. Ferari napominje da su, već sad, 10 odsto svih lekova protiv raka koji se koriste u SAD lekovi zasnovani na nanotehnologiji; mada znatno produžavaju život, ni danas nema leka koji može da leči metastatsku bolest.

I sam multidisciplinarno obrazovan - matematičar, mašinski i inženjer biomedicine, pa još i lekar -prof. dr Ferari je začetnik jedne nove istraživačke oblasti koja kombinuje njegove različite ekspertize, poznavanje medicine sa mehanikom fluida i biomedicinskom nano i mikrotehnologijom. Za govornicom SANU, prof. Ferari je govorio o tom svom širokom i drugačijem pogledu na kancer - o transportnoj onkofizici, odnosno fizici prenošenja mase unutar tkiva kancera, pri čemu ta masa mogu biti neki biološki molekuli, postojeći antikancerski lekovi, ili toksini koji mogu da unište tumor.

Suština problema koji prof. Ferari pokušava da reši jeste to što postojeći lekovi protiv raka nisu u stanju da zadovoljavajuće deluju zato što ne mogu da savladaju biološke barijere u telu pacijenta i ne dospevaju do kancerskih ćelija u dovoljnoj koncentraciji. Štaviše, najve- ći deo antikancerskih lekova apsorbuju sasvim zdrava tkiva, zdrave ćelije na koje je delovanje tih lekova vrlo štetno. Izlažući svoju tezu da je lečenje raka i njegovih metastaza pre svega „transportni problem” dopremanja lekova do određenih delova tela, to jest specifičnih tkiva i ćelija, prof. Ferari objašnjava delovanje trofaznih lekova koje razvija.

Reč je o multifaznim vektorima (multi-stage vectors - MSV), sistemima multifunkcionalnih čestica koje se injektiraju u krvotok, a akumuliraju tek u ciljanim struktirama kao što su tumori, gde direktno isporučuju aktivne agense (lekove), povećavajući njihovu efikasnost i minimizirajući njihove štetne efekte. “Vrlo mi je neprijatno što moram da kažem da smo do takvog leka došli još pre 10 godina”, kaže prof. Ferari “ali farmaceutska regulativa u SAD je stroga i proces odobravanja lekova zahteva vreme, pogotovo u ovakvom slučaju, kad zapravo nije reč o novom leku, već novoj vrsti terapije koju zakonska regulative još ne prepoznaje”. Ipak, napredak je učinjen. Multifazni vektori prof. Ferarija korišćeni su u eksperimentalnim istraživanjima na životinjama, a sa formiranjem CITO mogli bi uskoro da uđu i u klinička ispitivanja.

 …više nisu smrtna kazna

Ovaj složen “transportni”sistem primenjen je i u već pomenutoj studiji na miševima, kod kojih su metastaze trostruko negativnog karcinoma dojke uspešno eliminisane uz pomoć takozvanog injektibilnog generatorananočestica (injectable nanoparticle generator - iNPG), čime je jedan zapravo standardni hemoterapijski lek dao rezultate kakve nikad dotad nije imao. Objašnjavajući kako sistem deluje, prof. dr Ferari je napomenuo da je u terapiji korišćen postojeći lek doksorubicin (doxorubicin), koji se u lečenju raka primenjuje već godinama.

Taj lek sprečava tumorske ćelije da se dele, ali kad se injektuje u krvotok, takođe ubija i ćelije srca i izaziva srčani zastoj, što onkologe obično primorava ili da smanje dozu, ili da prekinu davanje leka. U eksperimentu na miševima sa implantiranim metastatskim tumorima pluća i jetre, lek je “transportovan” poroznim silikonskim česticama, koje prof. Ferari i njegov tim godinama razvijaju kao nosioce mase (lekova). Diskoliki oblik i mikrometarska veličina tih čestica (iNPG) omogućavaju im nesmetano kretanje kroz normalne krvne sudove, ali kad stignu do tipično malformisanih i propustljivih krvnih sudova u okolini tumora, čestice izlaze iz cirkulacije i skupljaju se oko tumora. Prema rečima prof. Ferarija, to je samo prvi korak u isporuci hemoterapijskog leka, zato što nije dovoljno da se čestice ispune lekom.

Čak i kad jedna manja količina leka uspe da uđe u tumorske ćelije, one često imaju membranske proteine koji lek izbacuju iz ćelije pre no što on uspe da joj nanese bilo kakvu štetu. S ciljem da u metatstatsku tumorsku ćeliju ubace ve- ću količinu leka i “zaobiđu” pomenutu membransku barijeru, prof. Ferari i njegov tim su molekule leka doksorubicina povezali sa končastim molekulima polimerima, pa ih ubacili u silikonske mikro- čestice, odnosno injektibilne generatore nanočestica, i injektirali ih eksperimentalnim miševima. Kao i u prethodnim istraživanjima, otkriveno je da se silicijumske čestice sakupljaju na tumorima i oko njih, i tamo se lagano raspadaju tokom dve do četiri nedelje, pri tom oslobađajući polimere sa doksorubicinom.

U vodenom okruženju tumorskih ćelija, kon- časti polimeri se uvijaju gradeći sićušne loptice prečnika 20 do 80 nanometara. Ta veličina je, prema rečima prof. Ferarija, idealna zbog toga što je jednaka veličini mehurića preko kojih tumorske ćelije uobičajeno hemijski komuniciraju, te tumorske ćelije spremno preuzimaju i polimerske loptice koje nose doksorubicin. Na taj način lek dospeva u jezgro kancerske ćelije i osloba- đa se na mestu gde ima najveći potencijal da eliminiše tumorsku ćeliju. Osam meseci nakon toga, polovina miševa koji su dobili ovu terapiju više nisu imali bilo kakve znakove metastatskih tumora; kod ljudi, ekvivalent bi bio produženje života za 24 godine. „Ovo može da zvuči kao naučna fantastika, kao da smo uništili ‘Zvezdu smrti’(iz legendarnih ‘Ratova zvezda’), ali ono što smo otkrili menja sve.

Izmislili smo metodu koja zapravo pravi nanočestice unutar tumora i oslobađa čestice leka na mestu ćelijskog jezgra. Ovim injektirajućim generatorom nanočestica uspeli smo da uradimo ono što standardni hemoterapijski lekovi, vakcine, zračenja i druge nanočestice nisu uspeli da urade „, rekao je prof. dr Ferari. On i njegov tim takođe razvijaju dobre proizvođačke prakse za ovaj lek i planiraju da učine sve što je potrebno da što pre dobiju odobrenje američke Savezne uprave za hranu i lekove (FDA) i započnu kliničke studije na pacijentima, već tokom ove godine. “Nikada ne bih davao nerealna obećanja obolelima od kancera koji traže izlečenje, ali ovo što smo postigli je zapanjujuće”, rekao je prof. Ferari. “Sada već mo- žemo da govorimo o potpuno novim mogućnostima lečenja metastatske bolesti, tako da ona više ne bude smrtna kazna”. 

MATEMATIČAR, INŽENJER, LEKAR

Prof. dr Maurio Ferari karijeru je započeo u rodnoj Italiji, kao magistar matematike na Univerzitetu u Padovi, 1985. godine. Tokom naredne četiri godine, u SAD doktorira mašinsko inženjerstvo, na kalifornijskom Berkli univerzitetu, gde radi kao asistent na predmetu nauka o materijalima, kasnije i kao vanredni profesor. Od 1998. godine je redovan profesor biomedicinskog inženjerstva na Ohajo državnom univerzitetu.

Tragična igra sudbine - supruga mu je preminula od raka koji je metastazirao - motivisala ga je da se dodatno obrazuje i upiše i studije medicine, da bi kasnije bio i redovni profesor interne medicine na Državnom univerzitetu u Ohaju. Duže od dve decenije bavi se nanomedicinom i slovi za jednog od vodećih naučnika u toj oblasti u svetu. Kao predsednik i izvršni direktor Hjuston metodističkog istraživačkog instituta, rukovodi radom više od 2000 istraživača, u više od 800 kliničkih istraživanja.

Gordana Tomljenović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"