Рак — это одна из самых сложных болезней нашего времени. Обычные методы лечения, вроде химио- или лучевой терапии, бьют не только по опухоли, но и по всему организму, причиняя вред здоровым тканям и вызывая тяжелые побочные эффекты. Ученые ищут способы бить точечно, и одним из самых перспективных направлений стали рои микророботов.

Представьте себе армию микроскопических «курьеров», которые не плывут пассивно по кровотоку в надежде зацепиться за опухоль, а целенаправленно движутся к цели, ведомые внешним магнитным полем или собственной двигательной силой. Именно над этим работают современные лаборатории, включая команду профессора Цзянфань Ю из Китайского университета Гонконга (Шэньчжэнь). Они обобщили последние достижения в этой области.

Подробности опубликованы в издании Research.

Суть подхода в том, чтобы научить микророботов трем главным вещам: уничтожать раковые клетки, проникать глубоко внутрь опухоли и перестраивать иммунную систему организма, заставляя ее самостоятельно бороться с болезнью. Для этого их создают из разных материалов и наделяют особыми свойствами. Одни несут на себе мощные лекарства, другие — генетические инструменты или даже вирусы, которые заражают и уничтожают опухоль. Есть и такие, которые умеют вырабатывать кислород прямо внутри новообразования, чтобы преодолеть сопротивление плотной и бескислородной среды опухоли и сделать лечение эффективнее.

Но как доставить этот рой точно по адресу? Обычные нанолекарства полагаются на удачу: лишь менее 1% от введенной дозы достигает цели. Микророботы же активны. Ими можно управлять:

• Магнитным полем: задавая путь снаружи, как штурман прокладывает курс.
• Создавая  «потенциальные ямы»: зоны с особыми свойствами, которые притягивают рой к нужному месту.
• Полагаясь на их автономность: некоторые бактерии, например, сами плывут в те области, где мало кислорода, — прямиком в сердце опухоли.

При этом за их движением в режиме реального времени можно следить с помощью современных методов визуализации: МРТ, УЗИ или флуоресцентной imaging. А добравшись до места, они не только лечат, но и подсвечивают проблемную зону для диагностов.

Главная красота подхода в его гибкости. Для разных органов, где рак ведет себя по-разному, можно создать своих специализированных роботов. Одни будут пробивать гематоэнцефалический барьер, чтобы добраться до опухоли мозга, другие — ориентироваться в разветвленных бронхах легких, третьи — бороться с иммуноподавляющей микросредой печени.

Конечно, до клиники еще далеко. Предстоит решить серьезные проблемы:

• Биосовместимость: чтобы материалы роботов были безопасны и не отторгались иммунной системой.
• Проникновение: как преодолеть плотные барьеры опухоли и доставить груз в самую глубь.
• Масштабирование: все успешные эксперименты пока проводятся на животных; для людей потребуются совершенно другие системы управления.

Но будущее за интеллектуальными платформами, которые с помощью алгоритмов искусственного интеллекта будут направлять эти микроскопические рои по самым сложным маршрутам нашего организма, чтобы лечение, наконец, стало по-настоящему точным и безопасным.

Реальная польза этого направления исследований колоссальна. Мы говорим о фундаментальном сдвиге парадигмы в онкологии: от тотальной бомбардировки организма, которая калечит пациента, к ювелирной работе. Это потенциально может превратить рак из смертельного приговора в хроническое, контролируемое заболевание. В перспективе это приведет к резкому снижению смертности от рака и, что не менее важно, — к радикальному улучшению качества жизни пациентов во время и после лечения. Они будут избавлены от изнурительных побочных эффектов, а врачи получат в руки инструмент невиданной ранее точности.

Основное критическое замечание заключается в гигантском разрыве между впечатляющими результатами in vitro и на мелких лабораторных животных и клинической реальностью человеческого организма. Плотность тканей, масштабы расстояний, сила кровотока и иммунные реакции у человека на порядки сложнее. Современные технологии магнитного и акустического управления, идеально работающие в организме мыши, могут оказаться абсолютно неэффективными для управления роем в теле взрослого человека из-за недостаточной мощности и разрешающей способности. Таким образом, главный вызов — не в создании самих микророботов, а в разработке клинических систем их актуации и контроля, что является задачей инженерного масштаба, сопоставимой с созданием нового Большого адронного коллайдера.

Ранее мы разбирались, на что способны нанороботы в сфере онкологии.