Интраоперационное окрашивание злокачественных опухолей лёгкого с помощью биоорганических флуоресцентных золотых нанокластеров, связанных с аптамерами
- Авторы: Замай Г.С.1,2, Замай Т.Н.1,2, Чумаков Д.С.3, Сидоров С.А.1,4, Крат А.В.1,4, Хлебцов Б.Н.3,5, Щугорева И.А.1,2, Кошманова А.А.1, Зуков Р.А.1,4, Хлебцов Н.Г.3,5, Кичкайло А.С.1,2
-
Учреждения:
- Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого
- Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
- Федеральный исследовательский центр «Саратовский научный центр Российской академии наук»
- Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского
- Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
- Выпуск: Том 29, № 2 (2024)
- Страницы: 82-92
- Раздел: Оригинальные исследования
- Статья получена: 27.06.2024
- Статья одобрена: 28.10.2024
- Статья опубликована: 20.12.2024
- URL: https://rjonco.com/1028-9984/article/view/633809
- DOI: https://doi.org/10.17816/onco633809
- ID: 633809
Цитировать
Аннотация
Обоснование. Проблема рецидивирования, генерализации или метастазирования рака лёгкого до настоящего времени остаётся актуальной, несмотря на развитие диагностических и терапевтических методов лечения. Основной метод лечения локализованного рака лёгкого — хирургический. Объём резекции определяется локализацией опухоли, её распространением на окружающие ткани и статусом поражения лимфоузлов. Однако даже после удаления большой части лёгкого в здоровой ткани могут оставаться метастатические очаги. Для улучшения эффективности диагностики при операции может применяться флуоресцентно-навигационная хирургия, основанная на использовании флуоресцентных красителей, позволяющая видеть даже небольшие скопления злокачественных клеток на ранних стадиях развития опухолевого процесса.
Цель. Разработка препарата для флуоресцентно-навигационной хирургии на основе аптамеров и флуоресцентных нанокластеров золота (длины волн возбуждения флуоресценции — 365–410 нм, длины волн эмиссии — 615–650 нм).
Материалы и методы. Объект исследования — первичные культуры немелкоклеточного рака лёгкого. Для доставки золотых нанокластеров, стабилизированных глутатионом (GSH-AuNC) или альбумином бычьей сыворотки (BSA-AuNC), к клеткам рака лёгкого использовали липосомы, функционализированные ДНК-аптамером LC-17. Электронно-микроскопические изображения синтезированных нанокластеров получали с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Анализ эффективности связывания опухолевых клеток с функционализированными аптамерами липосомами, содержащими нанокластеры, проводили методом проточной цитометрии. Для оценки эффективности флуоресцентных нанокластеров использовали ткань аденокарциномы лёгкого.
Результаты. Диаметр нанокластеров BSA-AuNC и GSH-AuNC составил 1,8±0,5 и 1.5±0.3 нм, соответственно. При возбуждении светом с длиной волны 365 нм максимум эмиссии флуоресценции для BSA-AuNC составил 655 нм, а для GSH-AuNCs — 613 нм. Квантовые выходы флуоресценции для BSA-AuNC и GSH-AuNC составили 6 и 14%, соответственно. Функционализированные аптамером LC-17 липосомы с включёнными в них GSH-AuNС и BSA-AuNС эффективно связывались с клетками аденокарциномы лёгкого и окрашивали их.
Заключение. Показана потенциальная возможность использования золотых нанокластеров, стабилизированных GSH-AuNC и BSA-AuNC, для флуоресцентно-навигационной хирургии.
Полный текст
ОБОСНОВАНИЕ
В настоящее время, несмотря на развитие диагностических и терапевтических методов лечения рака лёгкого, проблема его рецидивирования, генерализации или метастазирования остаётся актуальной. Частота возникновения рецидива немелкоклеточного рака лёгкого (НМРЛ) в позднем послеоперационном периоде составляет около 45% [1], а его локализация варьирует в зависимости от стадии заболевания. Так, отдалённые метастазы могут наблюдаться в 73% случаев, локорегиональные метастазы — в 19%, а комбинация обоих — в 7% [2].
Основной метод лечения локализованного рака лёгкого — хирургический. Объём резекции определяется локализацией опухоли, её распространением на окружающие ткани и статусом поражения лимфоузлов. В случаях со злокачественным поражением долевого или главного бронхов может быть выполнена бронхопластическая операция [3]. Тем не менее даже после удаления большой части лёгкого метастатические очаги могут оставаться в здоровой ткани, поскольку они не имеют достаточного размера и степени злокачественности, чтобы визуально отличаться от неё.
После проведения терапии оставшиеся злокачественные клетки продолжают делиться, что приводит к образованию локорегиональных рецидивов и метастазированию в отдалённые органы. Для улучшения эффективности диагностики при операции может применяться флуоресцентно-навигационная хирургия (ФНХ), основанная на использовании флуоресцентных красителей. Эта процедура позволяет хирургам видеть небольшие скопления злокачественных клеток на ранних стадиях развития опухолевого процесса.
На сегодняшний день проведено множество исследований по ФНХ, использующих различные молекулярные комплексы флуоресцентных красителей со специфическими лигандами, такими как антитела, пептиды или аптамеры. Некоторые из препаратов уже проходят клинические или доклинические испытания [4].
Особую популярность во ФНХ приобрели инфракрасные красители, благодаря низкой фоновой флуоресценции и большой глубине проникновения излучения. Ограничения, связанные с использованием таких красителей, включают наличие специального оборудования, кроме того, при использовании инфракрасного режима во время ФНХ хирурги могут визуализировать только флуоресценцию красителя, что делает топографию тканей неразличимой для глаза. Антитела или пептиды, использующиеся в существующих адресных красителях для флуоресцентно-навигационной диагностики, и могут вызывать тяжёлые аллергические реакции у пациентов [5].
В связи с этим разработка новых адресных флуоресцентных комплексов с такими оптическими характеристиками, которые оптимальны для хирургии, а, именно, обладающими выраженной специфичностью, высоким отношением флуоресценции опухоли к фону и низкой токсичностью, является актуальной.
В данном исследовании мы представляем конъюгаты на основе липосом и аптамеров, адресно доставляющие в опухоль золотые нанокластеры, которые могут возбуждаться и испускать в диапазоне порфирина-IX (возбуждение: 400–410 нм, испускание: 650–710 нм). Такие красители могут визуализироваться с помощью хирургических флуоресцентных микроскопов или невооружённым глазом при ультрафиолетовом возбуждении. Существенным преимуществом красителей, испускающих в этом диапазоне, является отсутствие аутофлуоресценции тканей, что приводит к усилению контраста окрашенных опухолевых участков.
Аптамеры являются предпочтительными адресными агентами из-за низкой иммуногенности, малого размера (способствующего проникновению в ткани и быстрому выведению из организма), доступности и простоты химического синтеза и модификаций [6].
Флуоресцентные золотые нанокластеры (AuNC) представляют собой ультрамалые (1–3 нм) комплексы золотых атомов, стабилизированных органическими лигандами. AuNC обладают свойствами, которые делают их перспективными агентами для интраоперационной флуоресцентной диагностики. Преимуществами AuNC являются относительная простота синтеза, высокая фотостабильность, возможность спектральной настройки эмиссии флуоресценции и большой Стоксов сдвиг. По сравнению с неорганическими квантовыми точками AuNC менее токсичны. Из нанокластеров наиболее подробно изучены и охарактеризованы золотые нанокластеры, стабилизированные глутатионом (GSH-AuNC) и бычьим сывороточным альбумином (BSA-AuNC), которые имеют более высокий квантовый выход флуоресценции по сравнению с другими наноструктурами этого типа [7, 8].
Цель исследования — разработка препарата для ФНХ на основе аптамеров и флуоресцентных нанокластеров золота (длины волн возбуждения флуоресценции: 365–410 нм, длины волн эмиссии 615–650 нм).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Дизайн исследования
Для проточной цитометрии использовали первичные культуры аденокарциномы лёгкого. Для визуальной оценки связывания комплексов использовали послеоперационные ткани аденокарциномы лёгкого.
Таблица 1. Образцы послеоперационной ткани, включённые в исследование
Table 1. Postoperative tissue samples
Вид исследования | Тип образца | Гистологический тип | Стадия |
Проточная цитометрия | Первичная | Аденокарцинома | T4N3M0 |
Аденокарцинома | T3N2M0 | ||
Аденокарцинома | T4N2M0 | ||
Визуальная оценка | Послеоперационная ткань | Аденокарцинома | Т3N0M0 |
Всего в исследование включены образцы, полученные от 4 пациентов с НМРЛ. Подробное описание представлено в табл. 1, все диагнозы подтверждены морфологически.
Продолжительность исследования и условия проведения
Золотые нанокластеры были получены и охарактеризованы в Институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”». Исследование проводили с марта 2021 года по декабрь 2023 года. Получение комплексов нанокластеров в липосомах, модифицированных аптамерами, проводили на базе Лаборатории цифровых управляемых лекарств и тераностики федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» в период с января по март 2024 года. Анализ связывания комплексов с первичными культурами и послеоперационными материалами проводились с марта 2024 по май 2024 на базе Лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Опухолевые ткани были получены от пациентов с НМРЛ, которым была выполнена радикальная операция в Краевом государственном бюджетном учреждении здравоохранения «Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского». Перед сбором образцов было получено письменное информированное согласие от всех пациентов на анализ послеоперационных материалов в научно-исследовательской лаборатории. Опухолевые ткани были асептически удалены и помещены в охлаждённую среду DMEM, с пенициллином и стрептомицином. Образцы были доставлены в лабораторию в течение двух часов после резекции для дальнейших исследований и культивирования клеток.
В исследовании был использован ДНК-аптамер LC-17, полученный к опухолевым клеткам НМРЛ [9]. Специфичность аптамера к клеткам ткани, циркулирующим опухолям и белкам плазмы крови была изучена ранее [10, 11].
Выделение и культивирование клеток
Опухолевые ткани промывали средой DMEM. Ткани измельчали, а сосуды, некротические очаги и тромбы удаляли. Оставшиеся ткани диссоциировали с помощью дозатора. Затем суспензия проходила фильтрацию через фильтр с порами 70 мкм и осаждалась дважды путём центрифугирования при 2000 об/мин в течение 5 мин. Осадок ресуспендировали в 2 мл DPBS, затем наслаивали 3 мл среды для разделения лимфоцитов (Lymphocytes separation media) и центрифугировали в течение 10 мин при 2000 об/мин. Слой клеток на границе среды для разделения лимфоцитов и DPBS собирали и переносили в стерильную пробирку с DPBS, а затем центрифугировали в течение 5 мин при 2000 об/мин. Осадок переносили в пробирку для культивирования или контейнер со средой (DMEM, 10% плазменной фетальной сыворотки, 20 мкг/мл инсулина, 10 мкг/мл трансферрина, 25 нмол/л селенита натрия, 100 U/мл антибиотиков, 1 нг/мл фактора роста эпидермальных клеток) и выращивали в атмосфере с 5% CO2 при 37 ℃. Когда клетки достигали конфлюэнтности, их рассевали восстановительным раствором Trypsin-Versene для пересева клеток. Клетки промывали фосфатным буфером, содержащим Ca2+ и Mg2+, путём центрифугирования в течение 3 минут при 2500 об/мин и выращивали в ростовой среде, содержащей DMEM, 5% плазменной фетальной сыворотки, 20 мкг/мл инсулина, 10 мкг/мл трансферрина, 25 нмол/л селенита натрия и 100 U/мл антибиотиков.
Приготовление липосом
Для приготовления липосом использовали смесь липидов (набор для липосом, Sigma-Aldrich, Германия), содержащую холестерин, L-α-фосфатидилхолин и стеариламин. Молярное соотношение L-α-фосфатидилхолина, стеариламина и холестерина в смеси составляло 63:18:9, соответственно. Липосомы были приготовлены с помощью метода гидратации плёнки с последующей соникацией. Изначально липиды растворяли в 5 мл хлороформ-метаноловой смеси (3:1). Растворитель испаряли с помощью вращающегося испарителя для получения сухой плёнки липидов. Сухую плёнку липидов затем гидратировали, добавляя 50 мл DPBS (pH 7.4) при комнатной температуре в течение 10 минут. После гидратации липосомы подвергались соникации в ультразвуковой ванне в течение 30 минут при 25 ℃ для обеспечения правильного смешивания и формирования липосом. Полученные липосомы хранили при 4 ℃ для дальнейшего использования.
Функционализация липосом
Липосомы были функционализированы аптамером LC-17, модифицированным холестеролом на 3’-конце и метилфлуоресцеином (FAM) на 5’-конце, в конечной концентрации 0,5 мкМ. Для инкорпорации аптамера в липидный слой липосом образец инкубировали при 60 ℃ в течение одного часа. После инкубации смесь сразу помещали на лёд на 5 минут для восстановления конформации аптамера.
Синтез и характеризация флуоресцентных золотых нанокластеров
Всю стеклянную посуду, в которой осуществляли синтез, предварительно промывали царской водкой (HCl/HNO3=3:1), а далее ополаскивали этанолом и водой. Для синтеза флуоресцентных AuNC на основе глутатиона (GSH-AuNC) использовали следующую технологию. В стеклянном флаконе смешивали 1,5 мл 100 мM раствора восстановленного глутатиона и 43,5 мл воды очищенной и перемешивали. Затем к полученному раствору добавляли 5 мл 20 мМ золотостандартного раствора. Полученную смесь перемешивали в течение 2 минут. Далее реакционную смесь инкубировали в термостате в течение 24 часов при 70 ℃ без перемешивания. Для синтеза стабилизированных альбумином флуоресцентных золотых нанокластеров (BSA-AuNC) использовали следующую методику. В стеклянном флаконе смешивали 25 мл 38,4 мг/мл BSA и 25 мл 11,6 мМ золотостандартного раствора. Смесь интенсивно перемешивали на магнитной мешалке в течение 2 минут. На следующем этапе к реакционной смеси добавляли 2 мл 1 M раствора натрия гидроксида. Далее реакционную смесь нагревали при 90 ℃ в течение 45 минут при интенсивном перемешивании.
Электронно-микроскопические изображения синтезированных нанокластеров получали с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Микроскопические изображения получали с помощью микроскопа Libra-120 (Carl Zeiss, Германия) в центре коллективного пользования исследовательского оборудования в области физико-химической биологии и нанобиотехнологии “Симбиоз” в ИБФРМ РАН. Спектры возбуждения и эмиссии флуоресценции синтезированных нанокрасителей регистрировали с помощью спектрофлуориметра Cary Eclipse (Agilent, США).
Включение нанокрасителей (GSH-AuNС и BSA-AuNС) в функционализированные аптамером LC-17 липосомы
Липосомы инкубировали с нанокластерами на шейкере при 4 ℃ в течение 12 часов. Это позволило флуорофорам войти внутрь липосом. После загрузки нанокластеров липосомы были перенесены в диализный мешочек и помещены в фосфатный буфер, содержащий Ca2+ и Mg2+ на 5 часов при температуре 4 ℃ для удаления избытка флуорофоров, не вошедших в липосомы. Для разрушения существующих агрегатов и обеспечения равномерного распределения липосом суспензию помещали в ультразвуковую ванну на 30 минут.
Анализ эффективности связывания опухолевых клеток липосом, содержащих нанокластеры и функционализированных аптамерами
Связывание липосом, содержащих золотые нанокластеры, с клетками рака лёгкого анализировали с помощью проточного цитометра FC-500 (Beckman Coulter Inc., США). Клетки рака лёгкого, полученные из культуры, предварительно инкубировались с 1 нг/мкл дрожжевой РНК в течение 30 минут на шейкере при комнатной температуре.
Затем смесь клеток инкубировали в течение 30 минут при комнатной температуре с липосомами, содержащими GSH-AuNСs и BSA-AuNСs, которые были связанны с аптамером LC-17. Чтобы избежать неспецифического связывания клеток рака лёгкого с липосомами, смесь отмывали путём центрифугирования при 3000 об/мин в течение 5 минут. Полученные данные были проанализированы с использованием программного обеспечения Kaluza 1.1 (Beckman Coulter Inc., США).
Окрашивание послеоперационной ткани
Для оценки эффективности флуоресцентных нанокомплексов использовалась ткань аденокарциномы средней доли правого лёгкого Т3N0M0. Диагноз подтверждён морфологически. Нанокомплексы наносили на ткань лёгкого, для визуализации связывания использовали источник ультрафиолетового излучения. Через 3 минуты после окрашивания ткань трижды промывали фосфатным буфером и оценивали свечение.
Этическая экспертиза
Исследование получило одобрение этического комитета Красноярского государственного медицинского университета (Протокол № 37/2012 от 31.01.2012).
Статистическая обработка
Морфометрические параметры нанокластеров были получены в результате обсчёта ансамбля 200 нанокластеров на электронно-микроскопических изображениях. Полученные данные были представлены в виде среднего арифметического и стандартного отклонения (M±SD).
Статистическую обработку результатов проводили в программе Statistica 7.0. Проверку гипотезы о статистической достоверности различий выборок — с помощью критерия Манна–Уитни.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Характеристика синтезированных нанокрасителей
Для получения золотых наноструктур используются различные методы, включающие традиционные химические технологии конденсации и экологически чистые «зелёные» подходы, при которых восстановление золота достигается с использованием растительных экстрактов [12, 13]. Синтез AuNC включал использование органических лигандов (L-глутатиона и бычьего сывороточного альбумина), которые действовали одновременно как восстанавливающие и стабилизирующие агенты. На рис. 1, a, b можно видеть изображения просвечивающей электронной микроскопии и спектры флуоресценции синтезированных нанокластеров. По данным обсчёта размеров не менее 100 частиц на изображениях просвечивающей электронной микроскопии установлено, что диаметр BSA-AuNC и GSH-AuNC составил 1,8±0,5 и 1,5±0,3 нм, соответственно. При возбуждении светом с длиной волны 365 нм максимум эмиссии флуоресценции для BSA-AuNC составил 655 нм, а для GSH-AuNC — 613 нм. Рассчитанные квантовые выходы флуоресценции для BSA-AuNC и GSH-AuNC составили 6 и 14%, соответственно.
Рис. 1. a — просвечивающая электронная микроскопия, изображение BSA-AuNC (масштабная линейка 20 нм); b — спектры флуоресценции BSA-AuNC; c — суспензия BSA-AuNC при облучении ультрафиолетовой лампой (365 нм); d — просвечивающая электронная микроскопия, изображение GSH-AuNC (масштабная линейка 20 нм); e — спектры флуоресценции GSH-AuNC; f — суспензия GSH-AuNC при облучении ультрафиолетовой лампой (365 нм).
Создание липосом с инкапсулированными красителями на основе аптамеров
В исследовании золотые нанокластеры BSA-AuNC и GSH-AuNC инкапсулировали в липосомы с аптамером LC-17. Это позволило обеспечить доставку наночастиц к раковым клеткам лёгкого. Такая технология предлагает несколько преимуществ по сравнению с прямым связыванием аптамеров и нанокластеров через функциональные группы. Во-первых, таким образом увеличивается интенсивность флуоресценции, поскольку каждая липосома может нести несколько молекул флуорофора. Во-вторых, снижается токсичность, посколь ку красители не контактируют напрямую с кровью или тканями пациентов. В-третьих, продлевается время циркуляции комплексов, улучшается их стабильность и обеспечивается адресность их доставки.
Рис. 2. Третичная структура аптамера. a — модель аптамера LC-17, b — схема, изображающая связку LC-17-липосома–золотой нанокластер.
Для визуализации связывания аптамера с липосомами была построена третичная структура аптамера LC-17 (рис. 2, a). Полностью комплекс аптамер–липосома–золотой нанокластер представлен на рис. 2, b.
Оценка эффективности связывания нанокрасителей, инкапсулированных в функционализированные аптамерами липосомы, с опухолевыми клетками и тканями ex vivo
Эффективность связывания нанокрасителей, инкапсулированных в функционализированные аптамерами липосомы, была оценена методом проточной цитометрии с помощью цитометра FC-500 (Beckman Coulter, США). Нанокластеры BSA-AuNC и GSH-AuNC демонстрировали флуоресценцию в красной спектральной области, а аптамер, меченный FAM, — в зелёной. Таким образом, флуоресцентный сигнал детектировался в двух каналах — FL1 для FAM и FL4 для BSA-AuNC и GSH-AuNC.
Рис. 3. Проточная цитометрия клеток рака лёгкого, окрашенных липосомами, содержащими GSH-AuNС или BSA-AuNС, связанные с аптамером LC-17.
Для оценки эффективности связывания нанокластеров с биологическими образцами были получены первичные культуры рака лёгкого из послеоперационного материала.
Как видно из рис. 3, флуоресцентные сигналы от самих клеток культуры рака лёгкого не детектировались, однако при окрашивании комплексами, содержащими аптамер LC-17 и нанокрасители GSH-AuNС и BSA-AuNС, обнаруживалась флуоресценция в каналах FL1 и FL4.
Для оценки связывания полученной наноконструкции с тканью рака лёгкого ex vivo опухоль была разделена на несколько частей и окрашена одним из комплексов липосом и нанокрасителей или фосфатным буфером в качестве контроля (рис. 4).
Рис. 4. Окрашивание ткани рака лёгкого ex vivо: a — ткань без окрашивания; b — ткань, окрашенная GSH-AuNС в липосомах, содержащих аптамер LC-17; c — ткань, окрашенная BSA-AuNС в липосомах, содержащих аптамер LC-17.
Из рис. 4 видно, что аутофлуоресценции опухоли не наблюдалось. Липосомы с включёнными GSH-AuNС, функционализированные аптамером LC-17, связывались с опухолевой тканью, что подтверждалось визуально красным свечением при освещении ультрафиолетом. Функционализированные аптамером LC-17 липосомы, содержащие BSA-AuNС, также окрашивали опухолевую ткань.
ОБСУЖДЕНИЕ
При удалении основных и метастатических очагов опухоли ФНХ к настоящему времени пока ещё не получила широкого распространения. Тем не менее есть исследования, подтверждающие перспективность этого метода, такие как применение метиленового синего, индоцианина зелёного или молекулы, специфичной к фолатному рецептору альфа аденокарциномы лёгкого [15, 16].
Так, например, C.H. Li и соавт. использовали GSH-AuNC, функционализированный аптамером AS1411 с диатризоевой кислотой (AS1411-DA-AuNC), для окрашивания опухолей на животных моделях [17]. В работе аптамер был напрямую конъюгирован с AuNC с использованием 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимида (EDC). Однако этот подход к конъюгации имеет свои ограничения, связанные с быстрым гидролизом EDC в водной среде, а также с тем, что многие золотые нанокластеры подвержены биодеградации и агрегации в биологической среде.
Новизна подхода, предложенного в настоящем исследовании, заключается в оригинальном дизайне комплекса, объединяющего три компонента:
- аптамер, специфичный к клеткам рака лёгкого;
- липосомы;
- флуоресцентные нанокластеры на основе альбумина или глутатиона, характеризующиеся большим Стоксовым сдвигом и относительно высоким квантовым выходом флуоресценции.
С точки зрения онкологии и экономики здравоохранения, применение флуоресцентных методов визуализации опухоли — как на диагностическом этапе, так и во время выполнения радикальной резекции опухоли — позволит избежать ранних рецидивов заболевания и повторных оперативных вмешательств, снизить количество курсов адъювантной противоопухолевой терапии за счёт повышения радикальности хирургического лечения. В результате такого подхода к лечению будет достигаться значительная экономия затрат на здравоохранение и повышение качества жизни пациентов. Стоит отметить, что увеличение разнообразия индукторов флуоресценции позволит увеличить спектр ФНХ и в других областях хирургии злокачественных новообразований и добиться более благоприятных результатов хирургического лечения пациентов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Одной из наиболее актуальных проблем при оперативном вмешательстве у больных раком лёгкого является процесс визуализации не только опухолевых очагов, но и микрометастазов, поскольку злокачественные клетки, оставшиеся в ткани, продолжают пролиферировать, вызывая рецидив и прогрессирование заболевания. В настоящем исследовании была изучена возможность применения липосом, нагруженных красителями BSA-AuNC и GSH-AuNC и модифицированных аптамером LC-17, для идентификации опухолевых очагов во время операции. Возможность интраоперационной визуализации опухолевой ткани была смоделирована на послеоперационном материале больного аденокарциномой лёгкого с использованием ультрафиолетового источника излучения. Показана потенциальная возможность интеграции нанокластеров BSA-AuNC и GSH-AuNC на дооперационном этапе диагностики с целью определения очагов метастатического характера во ФНХ. В целом, разрабатываемый подход может изменить стратегию лечения пациентов с НМРЛ с точки зрения как критериев выполнения радикального оперативного вмешательства, так и проведения альтернативных неинвазивных методов лечения, в том числе противоопухолевой и лучевой терапии.
Дополнительная информация
Источник финансирования. Исследования и публикация осуществлены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации FWES-2022-0005 (А.С.К.). Получение и характеристика золотых нанокластеров выполнены в рамках государственного задания Минобрнауки РФ для Федерального исследовательского центра «Саратовский научный центр РАН», тема № 1022040700960-1.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведённым исследованием и публикацией настоящей статьи.
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Г.С. Замай, Т.Н. Замай — проведение исследований, анализ и интерпретация данных, написание текста и редактирование статьи; Д.C. Чумаков — проведение исследований, анализ и интерпретация данных, редактирование рукописи; С.А. Сидоров, Б.Н. Хлебцов — проведение исследований, анализ и интерпретация данных; А.В. Крат, И.А. Щугорева — проведение исследований, анализ данных; А.А. Кошманова — проведение исследований; Р.А. Зуков — редактирование рукописи; Н.Г. Хлебцов — концепция работы; А.С. Кичкайло — проведение исследований, анализ данных, редактирование статьи.
Additional information
Funding source. Research and publication were supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation FWES-2022-0005 (A.S.K.). The production and characterization of gold nanoclusters was carried out within the framework of the state assignment of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation for the Federal Research Center “Saratov Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”, topic No. 1022040700960-1.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. Zamai GS, Zamai TN — conducting research, analyzing and interpreting data, writing the text and editing the article; Chumakov DS — conducting research, analyzing and interpreting data, editing the manuscript; Sidorov SA, Khlebtsov BN — conducting research, analyzing and interpreting data; Krat AV, Shchugoreva IA — conducting research, analyzing data; Koshmanova AA — conducting research; Zukov RA — manuscript editing; Khlebtsov NG — concept of the work; Kichkaylo AS — research, data analysis, article editing.
Об авторах
Галина Сергеевна Замай
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Автор, ответственный за переписку.
Email: galina.zamay@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2567-6918
SPIN-код: 6501-0371
кандидат биол. наук
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50Татьяна Николаевна Замай
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Email: tzamay@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7493-8742
SPIN-код: 8799-8497
доктор биол. наук
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50Даниил Сергеевич Чумаков
Федеральный исследовательский центр «Саратовский научный центр Российской академии наук»
Email: laik2012@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1658-2562
SPIN-код: 8491-2313
кандидат биол. наук
Россия, 410028 СаратовСемён Александрович Сидоров
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского
Email: sidorov.syoma2014@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6676-6656
SPIN-код: 8740-5259
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660133 Красноярск
Алексей Васильевич Крат
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского
Email: alexkrat@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-5357-2637
SPIN-код: 2846-8592
кандидат медицинских наук
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660133, КрасноярскБорис Николаевич Хлебцов
Федеральный исследовательский центр «Саратовский научный центр Российской академии наук»; Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Email: khlebtsov_b@ibppm.ru
ORCID iD: 0000-0003-3996-5750
SPIN-код: 5274-8718
доктор физ.-мат. наук
Россия, 410028 Саратов; 410012 СаратовИрина Андреевна Щугорева
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Email: shchugorevai@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4207-1627
SPIN-код: 8826-6672
кандидат хим. наук
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50Анастасия Андреевна Кошманова
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого
Email: koshmanova.1998@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7339-8660
SPIN-код: 2217-2229
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1
Руслан Александрович Зуков
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского
Email: zukov_rus@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7210-3020
SPIN-код: 3632-8415
доктор медицинских наук
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660133 КрасноярскНиколай Григорьевич Хлебцов
Федеральный исследовательский центр «Саратовский научный центр Российской академии наук»; Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Email: khlebtsov@ibppm.sgu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2055-7784
SPIN-код: 4377-1257
доктор физ.-мат. наук
Россия, 410028 Саратов; 410012 СаратовАнна Сергеевна Кичкайло
Красноярский государственный медицинский университет имени В.Ф. Войно-Ясенецкого; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Email: annazamay@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1054-4629
SPIN-код: 5387-9071
доктор биол. наук
Россия, 660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, д. 1; 660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50Список литературы
- Higgins K.A., Chino J.P., Berry M., et al. Local failure in resected stage N1 lung cancer: implications for adjuvant therapy // International journal of radiation oncology, biology, physics. 2012. Vol. 83, N 2. P. 727–733. doi: 10.1016/j.ijrobp.2011.07.018
- Varlotto J.M., Yao A.N., DeCamp M.M., et al. Nodal stage of surgically resected non-small cell lung cancer and its effect on recurrence patterns and overall survival // International journal of radiation oncology, biology, physics. 2015. Vol. 91, N 4. P. 765–773. doi: 10.1016/j.ijrobp.2014.12.028
- Burel J., Ayoubi M.E., Basté J.M., et al. Surgery for lung cancer: postoperative changes and complications—what the Radiologist needs to know // Insights into Imaging. 2021. Vol. 12. P. 116. doi: 10.1186/s13244-021-01047-w
- Jiao J., Zhang J., Yang F., et al. Quicker, deeper and stronger imaging: A review of tumor-targeted, near-infrared fluorescent dyes for fluorescence guided surgery in the preclinical and clinical stages // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 2020. Vol. 152. P. 123–143. doi: 10.1016/j.ejpb.2020.05.002
- Van Keulen S., Hom M., White H., Rosenthal E.L., Baik F.M. Evolution of fluorescence-guided surgery // Molecular Imaging and Biology. 2023. Vol. 25. P. 36–45. doi: 10.1007/s11307-022-01772-8
- Крат А.В., Замай Т.Н., Замай Г.С., и др. Использование ДНК-аптамеров в оценке распространенности опухолевого процесса у больных раком легкого // Сибирское медицинское обозрение. 2016. Т. 5, № 101. С. 96–98. EDN: XDNMCL
- Luo Z., Yuan X., Yu Y., et al. From aggregation-induced emission of Au(I)-thiolate complexes to ultrabright Au(0)@Au(I)-thiolate core-shell nanoclusters // Journal of the American Chemical Society. 2012. Vol. 134, N 40. P. 16662–16670. doi: 10.1021/ja306199p
- Khlebtsov B., Tuchina E., Tuchin V., Khlebtsov N. Multifunctional Au nanoclusters for targeted bioimaging and enhanced photodynamic inactivation of Staphylococcus aureus // RSC Advances. 2015. Vol. 5. P. 61639–61649. doi: 10.1039/C5RA11713E
- Zamay G.S., Kolovskaya O.S., Zamay T.N., et al. Aptamers selected to postoperative lung adenocarcinoma detect circulating tumor cells in human blood // Molecular Therapy. 2015. Vol. 23, N 9. P. 1486–1496. doi: 10.1038/mt.2015.108
- Zamay G.S., Ivanchenko T., Zamay T.N., et al. DNA-Aptamers for Characterization of Histological Structure of Lung Adenocarcinoma // Molecular Therapy: Nucleic Acid. 2016. Vol. 17, N 6. P. 150–162. doi: 10.1016/j.omtn.2016.12.004
- Zamay G.S., Zamay T.N., Kolovskii V.A., et al. Electrochemical aptasensor for lung cancer-related protein detection in crude blood plasma samples // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 34350. doi: 10.1038/srep34350
- Chumakov D., Pylaev T., Avdeeva E., et al. Anticancer properties of gold nanoparticles biosynthesized by reducing of chloroaurate ions with Dunaliella salina aqueous extract // Proc SPIE: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine. 2020. Vol. 11457. P. e1145715. doi: 10.1117/12.2564630
- Saleh S.M., Almotiri M.K., Ali R. Green synthesis of highly luminescent gold nanoclusters and their application in sensing Cu (II) and Hg (II) // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2022. Vol. 426. P. e113719. doi: 10.1016/j.jphotochem.2021.113719
- Holt D., Okusanya O., Judy R., et al. Intraoperative near-infrared imaging can distinguish cancer from normal tissue but not inflammation // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 7. P. e103342. doi: 10.1371/journal.pone.0103342
- Newton A.D., Kennedy G.T., Predina J.D. Intraoperative molecular imaging to identify lung adenocarcinomas // Journal of Thoracic Disease. 2016. Vol. 8, N 9S. P. S697–S704. doi: 10.21037/jtd.2016.09.50
- Рында А.Ю., Олюшин В.Е., Ростовцев Д.М., Забродская Ю.М., Папаян Г.В. Сравнительный анализ флуоресцентной навигации в хирургии злокачественных глиом с использованием 5-АЛА и хлорина Е6 // Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2022. № 1. С. 5–14. doi: 10.17116/hirurgia20220115
- Li C.H., Kuo T.R., Su H.J., et al. Fluorescence-guided probes of aptamer-targeted gold nanoparticles with computed tomography imaging accesses for in vivo tumor resection // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. P. e15675. doi: 10.1038/srep15675
Дополнительные файлы
