VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Медицинская биофизика. Нейробиофизика

Разработка комбинационной терапии на основе радионуклидной, фототермической и химиотерапий с использованием золотых наностержней для лечения меланомы

А. Пельтек1*, Э. Агеев1, А. Постовалова1, А. Рогова1, А.С. Тимин1, М.В. Зюзин1

1.ИТМО;

* peltek.oleksii(at)gmail.com

Онкологические заболевания являются ведущей причиной смерти во всем мире: ежегодно регистрируется 3 миллиона новых случаев и 1,7 миллиона смертей.1 Традиционные методы лечения рака, включая хирургию, химиотерапию и лучевую терапию, не всегда эффективны для полного устранения солидных опухолей и их метастазов и могут привести к нежелательным побочным эффектам. Химиотерапевтические препараты, например, зачастую не обладают достаточной селективностью и могут повредить здоровые ткани. Таким образом, сегодня происходит развитие новых подходов к лечению онкологических заболеваний, которые используют комбинацию различных методов лечения рака, поскольку сочетание различных подходов может повысить эффективность и достичь синергетического эффекта.

Недавние достижения в разработке и применении наноструктурированных материалов способствовали прогрессу в комбинированной терапии рака. Одним из таких материалов являются золотые наночастицы, которые могут преобразовывать свет в тепло для локально индуцированной гипертермии, которую можно использовать для фототермической терапии (ФТТ).2 В настоящее время проводятся многочисленные клинические испытания ФТТ, которые показывают многообещающие результаты. ФТТ обладает рядом преимуществ, таких как пространственная и временная селективность и повышенная иммуногенность, однако этот метод все же имеет определенные ограничения, такие как повреждение окружающих здоровых тканей при высоких дозах облучения, а также невозможность элиминации метастазов, которые могут возникать в процессе развития заболевания.3 Сочетание ФТТ с другими методами лечения рака, такими как радионуклидная терапия и химиотерапия, которые используют различные механизмы воздействия на опухолевые ткани, может преодолеть эти ограничения.4

В этой работе мы исследовали синергетический эффект лечения меланомы при помощи комбинации радио-, фототермической и химиотерапий с использованием золотых наностержней (Au НС). Для этого Au НС с максимальным пиком плазмонного поглощения в области 1160 нм, обеспечивают эффективное преобразование света и последующий нагрев в ближнем инфракрасном свете,5 были модифицированы терапевтическим изотопом рением-188 (188Re). Для максимизации эффективности лечения меланомы была дополнительно проведена третья терапия – химиотерапия путем введения клинически значимого цитостатического препарата (паклитаксела).

Таким образом, были разработаны мультимодальные наноносители, которые комбинируют в себе химио-, радионуклидные и фототермические терапевтические свойства. Были синтезированы и модифицированы терапевтическим изотопом 188Re для радионуклидной терапии фоточувствительные Au НС с эффективностью радиоактивного мечения более 96% и высокой стабильностью in vitro. Внутриопухолевая инъекция показала устойчивое распределение 188Re-Au НС по всей опухоли без значительной утечки изотопов в здоровые ткани (более 97% Au НС в опухоли). Комбинация радионуклидной терапии с 188Re-Au НС, фототермической терапии с Au НС и химиотерапии с паклитакселом привела к синергическому ингибированию роста опухоли у мышей с меланомой B16-F10 (CI = 0.79). Комбинированная терапия с использованием 188Re-Au НС показала высокую терапевтическую эффективность в отношении меланомы B16-F10 без выраженного побочного действия на здоровые ткани. Стоит также отметить, что выживаемость животных при комбинированном лечении составила 75% при тройной терапии через 25 дней. Данные свойства Au НС подтверждают значительные потенциал для комбинированной радио-, фототермической и химиотерапии в будущем для применения данной системы в клиническом лечении меланомы.



Список литературы:

1. Conde, J. et al. Local triple-combination therapy results in tumour regression and prevents recurrence in a colon cancer model // Nature Materials. 2016. Vol. 15. P.1128–1138.

2. Nandan G. et al. Understanding and advancement in gold nanoparticle targeted photothermal therapy of cancer // Biochimica et Biophysica Acta. 2021. Vol. 1875, № 2. P. 188532.

3. Li, W., et al. Targeting photodynamic and photothermal therapy to the endoplasmic reticulum enhances immunogenic cancer cell death // Nature Communications. 2022. Vol. 10. P. 3349.

4. Xiangyu D. et al. Solutions to the Drawbacks of Photothermal and Photodynamic Cancer Therapy // Advanced Science. 2021. Vol. 8, № 3. P. 2002504.

5. Peltek O.O. et al. Fluorescence-based thermometry for precise estimation of nanoparticle laser-induced heating in cancerous cells at nanoscale // Nanophotonics. De Gruyter Open Ltd, 2022. Vol. 11, № 18. P. 4323–4335.

Development of combination therapy based on radionuclide, photothermal and chemotherapy using gold nanorods for the treatment of melanoma

O. Peltek1*, E. Ageev1, A. Postovalova1, A. Rogova1, A.S. Timin1, M.V. Zyuzin1

1.ITMO University;

* peltek.oleksii(at)gmail.com

Cancer is the leading cause of death globally, with 3 million new cases and 1.7 million deaths recorded annually.1 Traditional cancer treatments, including surgery, chemotherapy, and radiotherapy, are not always effective in completely eliminating solid tumors and their metastases, and can result in undesired side effects on healthy organs. Chemotherapy drugs, for example, lack targeting ability and can harm healthy cells. Thus, there has been a shift towards using a combination of cancer therapies, as the combination of different treatment modalities can improve efficiency and achieve a synergistic effect.

Recent advancements in nanostructured material design and application have boosted progress in combined cancer therapy. One such material is Au NPs, which can convert light into heat for locally induced hyperthermia which can be used for photothermal therapy (PTT).2 Currently there are numeral clinical trials of PTT that show promising results. PTT offers various advantages such as selective spatial and temporal targeting and increased immunogenicity, but it still has certain limitations.3 Combining PTT with other cancer therapies, such as radionuclide therapy and chemotherapy, which have different mechanisms of action, can overcome these limitations.4

In this study, we investigate the synergistic effect of treating melanoma tumors with radio-, photothermal- and chemo- combined therapy using gold nanorods (Au NRs). For this, Au NRs with the maximum plasmon band at 1160 nm, which enables an effective light conversion5 and subsequent heating under near infrared (NIR) light, were radiolabeled with the therapeutic isotope rhenium-188 (188Re). For the maximization of melanoma treatment efficiency, third therapy, namely, chemotherapy, was employed by introduction of a clinically relevant cytostatic drug (Paclitaxel, PTX).

The development of multimodal nanocarriers with combined chemo-, radionuclide and photothermal therapy properties against melanoma tumor growth was achieved. The photothermal efficient Au NRs were synthesized and radiolabeled with therapeutic isotope 188Re for internal radionuclide therapy, with a 96% radiolabeling efficiency and high in vitro stability. Intratumoral injection showed steady distribution of 188Re-Au NRs throughout the tumor without significant leakage of isotopes. The combination of radionuclide therapy with 188Re-Au NRs, photothermal therapy with Au NRs, and chemotherapy with PTX resulted in synergistic inhibition of tumor growth in B16-F10 melanoma tumor-bearing mice. The combined therapy using 188Re-Au NRs showed high therapeutic efficacy against B16-F10 melanoma tumor without significant side effects on healthy tissues. The favorable properties of Au NRs suggest great potential for combined radio-, photothermal and chemotherapy in future clinical melanoma tumor treatment.



References

1. Conde, J. et al. Local triple-combination therapy results in tumour regression and prevents recurrence in a colon cancer model // Nature Materials. 2016. Vol. 15. P.1128–1138.

2. Nandan G. et al. Understanding and advancement in gold nanoparticle targeted photothermal therapy of cancer // Biochimica et Biophysica Acta. 2021. Vol. 1875, № 2. P. 188532.

3. Li, W., et al. Targeting photodynamic and photothermal therapy to the endoplasmic reticulum enhances immunogenic cancer cell death // Nature Communications. 2022. Vol. 10. P. 3349.

4. Xiangyu D. et al. Solutions to the Drawbacks of Photothermal and Photodynamic Cancer Therapy // Advanced Science. 2021. Vol. 8, № 3. P. 2002504.

5. Peltek O.O. et al. Fluorescence-based thermometry for precise estimation of nanoparticle laser-induced heating in cancerous cells at nanoscale // Nanophotonics. De Gruyter Open Ltd, 2022. Vol. 11, № 18. P. 4323–4335.



Докладчик: Пельтек А..
98
2023-02-11

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists