Микроиглы могут помочь свету достичь трудноизлечимых раковых образований кожи

При фотодинамической терапии (ФДТ) светочувствительный препарат накапливается в раковых клетках, а затем активируется светом, образуя молекулы, убивающие клетки. Микроиглы могут помочь доставить препарат и более эффективно распределить свет в клетках немеланомного рака кожи. ФДТ  использует светочувствительный препарат и определенную длину волны света для уничтожения раковых клеток. Этот метод лечения стал важным вариантом для некоторых видов рака кожи, поскольку он позволяет воздействовать на пораженную ткань, ограничивая при этом повреждение окружающей кожи. Однако у ФДТ есть фундаментальная проблема: и препарат, и свет должны достигать одной и той же области ткани. В то время как препараты, наносимые на кожу, часто с трудом проникают глубоко, свет также теряет интенсивность при прохождении через ткани, что ограничивает лечение относительно поверхностными поражениями.

Ученые разработали потенциальное решение, которое одновременно решает обе проблемы. В исследовании, опубликованном в журнале «Journal of Biomedical Optics» , группа ученых из факультета биомедицинской инженерии Техасского университета A&M (США) и Института физики Сан-Карлоса при Университете Сан-Паулу (Бразилия) показала, что растворяющиеся микроиглы, уже известные своей способностью улучшать доставку лекарств через кожу, также могут способствовать более эффективному распространению света внутри тканей.

Микроиглы — это крошечные структуры длиной менее миллиметра, которые безболезненно прокалывают внешний барьер кожи. Изготовленные из биоразлагаемых полимеров, они постепенно растворяются после введения. Предыдущие исследования исследовательской группы показали, что микроиглы, содержащие аминолевулиновую кислоту (АЛК), препарат, широко используемый в фотодинамической терапии (ФДТ), доставляют лекарство глубже и равномернее в опухоли кожи, чем традиционные кремы. Это приводит к более равномерному образованию активируемого светом соединения, ответственного за уничтожение раковых клеток при воздействии света.

В этом исследовании был задан другой вопрос: могут ли сами микроиглы улучшить передачу света? Чтобы это выяснить, исследователи изготовили массивы, содержащие сотни микроигл пирамидальной формы, и осветили их зеленым лазером. Фотографируя свет, исходящий из массивов под разными углами, и анализируя изображения, они определили, как микроиглы изменяют траекторию падающего света.

Эксперименты показали, что крошечные структуры действовали почти как миниатюрные рассеиватели света. Вместо того чтобы позволять свету распространяться только по прямой линии, микроиглы перенаправляли его во многих направлениях за счет сочетания внутренних отражений и рассеяния. В результате свет, исходящий из кончиков игл, распределялся гораздо равномернее, чем свет, проходящий через промежутки между ними.

Измерения показали, что свет, исходящий от кончиков микроигл, сохранял одинаковую интенсивность в широком диапазоне углов обзора, что указывает на то, что структуры создавали практически равномерный, многонаправленный рисунок освещения. По мнению исследователей, такой тип распределения света может быть особенно полезен для биологических тканей, где обычное поверхностное освещение часто оставляет некоторые участки недоосвещенными.

Команда также разработала математическую модель для изучения того, как тысячи кончиков микроигл могут распределять свет внутри тканей. Их анализ показывает, что такая более широкая картина рассеяния может уменьшить быструю потерю интенсивности света, обычно наблюдаемую при стандартном направленном освещении. На практике это означает, что большая часть лечебного света может достигать областей, которые трудно осветить с помощью традиционных методов.

Для ФДТ это может быть важно. Успешное лечение зависит не только от количества подаваемого света, но и от того, насколько равномерно этот свет активирует фоточувствительный препарат по всему пораженному участку. Неравномерное освещение может привести к тому, что отдельные участки ткани останутся недостаточно обработанными, что увеличивает вероятность сохранения раковых клеток. Способствуя более равномерному распространению света, микроиглы могут улучшить активацию терапии на большей площади ткани.

Эту технологию потенциально можно использовать двумя способами. Один из вариантов — сначала использовать микроиглы с лекарственным препаратом, а затем применить второй массив микроигл, специально разработанный для улучшения доставки света. Другой вариант — система с одной микроиглой, которая выполняет обе функции одновременно: доставляет лекарство, а также направляет и перераспределяет свет. Такой подход мог бы упростить лечение и повысить точность, обеспечивая высвобождение лекарства и воздействие света в одном и том же месте.

Исследователи предупреждают, что их оптические измерения проводились в упрощенной лабораторной установке, а не на живых тканях. Для определения того, насколько эффект перераспределения света улучшает лечение в реальных условиях, потребуются дополнительные исследования на тканевых моделях и доклинических системах. Тем не менее, результаты показывают, что растворяющиеся микроиглы могут делать больше, чем просто доставлять лекарства. Сочетая введение лекарств с улучшенным распределением света в одном биоразлагаемом устройстве, они могут помочь расширить область применения фотодинамической терапии и улучшить лечение рака кожи, который в настоящее время трудно лечить только светом.
 

Игорь НАУМОВ