Онкологические заболевания являются одной из основных причин смертности, потери трудоспособности, снижения качества жизни пациентов и сопряженных с этим экономических потерь. Низкая эффективность традиционных методов лечения злокачественных новообразований (радикальная операция, химио- и лучевая терапия) диктует необходимость поисков новых подходов к решению проблемы. Основными мировыми трендами в области диагностики и лечения злокачественных новообразований являются: 1) внедрение высокоинформативных методов диагностики онкопатологии; 2) разработка новых препаратов и способов их доставки в опухоль; 3) переход к персонализированной медицине.

Использование наночастиц (НЧ) представляется перспективным во всех перечисленных концепциях [1]. Во-первых, магнитные НЧ (МНЧ) успешно используются для диагностики опухолевых заболеваний методом магнитно- резонансной томографии (МРТ). Во-вторых, уже одобрены к клиническому использованию несколько наноформуляций для доставки в опухоль химиотерапевтических препаратов (липосомы, полимерные мицеллы, НЧ на основе альбумина). На пересечении диагностического и терапевтического потенциала НЧ возникает возможность использования их для предсказания эффективности лечения у отдельных пациентов. Основная идея применения лабораторно- инструментальных методов исследования в алгоритме персонализированной терапии наноформулированными противоопухолевыми препаратами (НПП) представлена на рис. 1. Для принятия решения о тактике лечения предлагается проводить скрининг опухолей на эффективность накопления наноносителей. В зависимости от результатов исследования (например, оценки степени накопления магнитного диагностикума в опухоли методом МРТ) можно составить прогноз накопления терапевтического препарата. Гипотеза заключается в том, что опухоли с эффективным накоплением контрастного диагностикума дадут более выраженный ответ на терапию нанопрепаратом.

Необходимость индивидуального прогноза обусловлена несколькими причинами. Во-первых, с точки зрения эффективности лечения, НПП следует назначать тогда, когда EPR-эффект (повышенная проницаемость кровеносных сосудов и сниженный лимфатический дренаж) обеспечивает аккумуляцию необходимой концентрации действующего вещества в опухоли. В противном случае перед назначением НПП необходимо использовать терапевтические стратегии, повышающие проницаемость опухолевых сосудов, например местную вазодилатацию путем нагревания, введения оксида азота, простагландинов (рис. 1). Доставка в опухоль может быть улучшена путем повышения артериального давления при введении ангиотензина II или коллагеназа-опосредованного разрушения опухолевого матрикса [2]. Наконец, недостаточность пассивного накопления препарата в опухоли можно преодолеть за счет использования НЧ с адресной доставкой [3, 4]. Во-вторых, с фармаэкономической точки зрения, при одинаковой эффективности противоопухолевого препарата в наноформуляции и без нее предпочтение должно отдаваться последнему, так как его себестоимость на несколько порядков ниже (например, стоимость 20 мг доксорубицина составляет 540 р., доксила — 42 300 р.).

Исследование прогностических факторов эффективности доставки противоопухолевых препаратов

На сегодняшний день в мировой практике отсутствуют клинические алгоритмы индивидуальной оценки EPR- эффекта и связанной с ним эффективности применения НПП. Однако в последние годы за рубежом запущены доклинические и клинические испытания, направленные на решение указанной проблемы.
В одной из работ на животной модели оценивали возможность использования магнитных частиц (ферумокситола) для определения эффективности лечения наноформулированным паклитакселом. После разделения животных на группы по степени выраженности EPR-эффекта на основании МРТ были показаны убедительные различия в уровне гибели опухолевых клеток и эффективности ответа на терапию в указанных группах [5]. В 2017 г. вышли первые результаты клинического исследования, в котором для оценки эффективности наноформулированного иринотекана у 13 пациентов с солидными опухолями использовали МРТ-данные о доставке в опухоль МНЧ (ферумокситола). Было показано, что высокие уровни накопления ферумокситола через 1–24 ч после введения коррелировали с уменьшением опухолевых очагов на фоне терапии [6]. Недостатком предложенного подхода является значительная разница в физических свойствах диагностических и терапевтических НЧ (в частности, их размер составлял 23 нм и 110 нм соответственно). Хорошо известно, что доставка НЧ в опухоль зависит от их гидродинамического размера: чем меньше частицы, тем эффективнее их экстравазация и перфузия в опухоли [7]. Проведение интравитальной микроскопии (ИВМ) для оценки фармакокинетики ферумокситола и PGLA-ПЭГ показало различия в скорости и локусах накопления двух типов НЧ с различным размером [5].

Прогноз эффективности лечения липосомным доксорубицином рака молочной железы у крыс оценивали путем маммографии после введения иодинсодержащих липосом размером 100 нм [8]. На основании данных о накоплении контрастного вещества в опухоли удалось выделить группу животных с хорошим прогнозом лечения, что подтвердилось впоследствии. К сожалению, эффективность данного подхода была показана только на одной опухолевой модели. Предложенный метод основан на использовании рентгенологического исследования, уступающего по своей чувствительности и безопасности МРТ, что ограничивает перспективы его внедрения в клиническую практику.

Представляют интерес результаты клинического исследования, в котором оценивали корреляцию между накоплением в опухоли
⁶⁴Cu-меченых HER2-направленных ПЭГ-модифицированных липосом, содержащих доксорубицин, и эффективностью терапии у 19 пациентов с HER2-позитивным метастатическим раком молочной железы. Детекцию радиоактивно меченных НЧ проводили методом позитронно-эмиссионной и компьютерной томографии. Высокий уровень накопления меченых частиц коррелировал с положительным ответом на терапию [9]. Дизайн данного исследования был первоначально направлен на решение другой задачи — оценку эффективности лечения рака молочной железы липосомным доксорубицином с трастузумабом в сочетании с циклофосфамидом. В связи с этим представляется затруднительной интерпретация вклада сопутствующих факторов в результаты эксперимента. Кроме того, объективно оценить применимость подхода не позволяло испытание лишь одной опухолевой модели.

Сходные данные получены в серии исследований с использованием наноформуляций доксорубицина, меченных радиоактивным технецием. На животной модели была показана корреляция интенсивности сигнала в опухоли по данным однофотонной эмиссионной компьютерной томографии с накоплением препарата в экстрагированных опухолях [10]. Эффективность данного подхода нашла подтверждение в клиническом испытании, где ^(99m)Tc-меченый липосомный доксорубицин вводили 35 пациентам с мезотелиомой. Накопление препарата в опухоли коррелировало с ответом на лечение [11]. Однако технические сложности, связанные с использованием радиоактивных материалов, а также отсутствие необходимого оснащения в большинстве лечебно-профилактических учреждений ограничивают трансляционный потенциал данного подхода.

Для оценки EPR-эффекта наряду с использованием методов in vivo визуализации предложены генные, белковые и клеточные прогностические маркеры. Например, накопление липосом можно предсказать на основе соотношения металлопротеиназы 9 (MMP9) к тканевому ингибитору металлопротеиназы 1 (TIMP1) [12, 13]. Кроме того, исследуют возможность использования факторов роста эндотелиальных клеток (VEGFA) и фибробластов (FGF2), интерлейкинов (IL6, IL8), пептидов (эндостатин), а также клеток (эндотелиальных и их предшественников) в качестве маркеров EPR-эффекта [14, 15].

Проблемы и перспективы использования МРТ в прогностических алгоритмах противоопухолевой терапии

Наиболее перспективными нам представляются прогностические подходы, основанные на in vivo визуализации, которые были выполнены на животных моделях и вошли в стадию клинических испытаний. В отличие от анализа биомаркеров, в этих неинвазивных методах используют имеющиеся в лечебно-профилактических учреждениях оборудование и контрастные диагностикумы. К тому же МРТ обладает преимуществом перед радиоактивными и рентгенологическими методами оценки EPR-эффекта в силу своей безопасности и доступности. Однако существует ряд концептуальных проблем и технических ограничений, стоящих на пути создания технологии персонализированной оценки и прогнозирования эффективности доставки НПП:

1) в качестве диагностических и терапевтических препаратов используют НЧ различной природы [5];
2) не исследована возможность того, что введение первой (диагностической) дозы наноформуляции может оказывать влияние на введение второй (терапевтической) дозы;
3) не исследованы временные изменения EPR-эффекта в одной и той же опухоли, что может определять различия в накоплении первой и второй дозы НЧ;
4) в большинстве случаев исследования выполнены ретроспективно на небольшой выборке с использованием одного типа опухоли;
5) исследования не связаны с прямой оценкой EPR- эффекта, а потому не позволяют исключить влияние сопутствующих факторов (например, сопутствующей противоопухолевой терапии).

Для всесторонней оценки гетерогенности EPR-эффекта и факторов, ее определяющих, необходимо исследование разных моделей (аллографтных и ксенографтных, ортотопических и гетеротопических) и типов опухолей. Внутригрупповая неоднородность может быть оценена путем анализа различий в накоплении частиц у разных животных в рамках одной опухолевой модели. Исследования, выполненные в нашей лаборатории с использованием магнитно-контрастных НЧ, показали, что МРТ может быть использована для оценки степени выраженности EPR- эффекта как для различных опухолевых моделей, так и для различных животных (рис. 2). На основе полученных данных возможно ранжирование животных на прогностические группы с последующей оценкой терапевтической эффективности нанопрепаратов. Неоднородность накопления НЧ также может быть связана с эволюцией опухолевых сосудов и изменением архитектоники тканей, что диктует необходимость оценки EPR-эффекта на разных этапах канцерогенеза.

Важным этапом внедрения в клинику индивидуального подхода к терапии нанопрепаратами является сравнение накопления первой и второй дозы НЧ. Во-первых, должны совпадать физико-химические свойства диагностических и терапевтических НЧ. Во-вторых, нельзя исключить, что введение первой дозы может оказывать влияние на последующие введения НЧ, например, за счет активации их захвата моноцитами/макрофагами — феномена, показанного ранее для последовательного введения онколитических вирусов. Наконец, описана возможность транзиторных изменений EPR-эффекта в одной и той же опухоли, что необходимо учитывать при оценке предсказательной силы первой дозы. Для моделирования биораспределения двух доз могут быть использованы НЧ, конъюгированные с разными красителями. ИВМ позволит оценить экстравазацию, диффузию, динамику накопления и клеточные мишени первой и второй доз в опухолевом микроокружении. Перспективным представляется также последовательное использование МРТ и ИВМ. Первый метод позволит осуществить скрининг опухолей с высоким и низким уровнями накопления НЧ, тогда как второй позволит исследовать клеточные механизмы, лежащие в основе различий EPR-эффекта.

ВЫВОДЫ

Концепция использования неинвазивных методов и МНЧ для создания индивидуальных терапевтических алгоритмов в онкологии представляется перспективной и реалистичной. Использование современных методов исследования механизмов, определяющих степень накопления НЧ в опухоли, а также валидация МРТ как скринингового метода на животных моделях послужат основой для последующего внедрения в клиническую практику технологии персонализированной оценки и прогнозирования эффективности доставки НПП.