Разработка методики комбинированного вида лечения злокачественных новообразований с применением ферромагнитной жидкости в сочетании с гипертермией и монохимиотерапией



Лечение онкологических заболеваний является одной из наиболее актуальных проблем современной медицины. В настоящее время злокачественные новообразования находятся на втором месте среди причин смертности, заболеваемость имеет тенденцию к росту, а результат лечения многих категории онкологических больных являются явно неудовлетворительными, несмотря на большие успехи современной хирургии. С целью снижения побочных воздействий и повышения эффективности лечения предлагается разработать методику ферромагнитной гипертермии, когда под воздействием электромагнитного поля или высокочастотного тока нагревается не опухоль, а введенные в неё «металлические имплантаты».

Новизна. Доставка химиотерапевтического препарата прецизионно к опухоли при помощи ферромагнитной жидкости под воздействием электромагнитного поля, созданное непосредственно при проведении гипертермии.

Цель работы. Целью настоящего исследования является экспериментальное обоснование и практическая реализация способа ферромагнитной гипертермии в сочетании с селективной химиотерапией опухолей, а также изучение влияния на организм ферромагнетиков, применяемых в качестве магнитных компонентов систем для ферромагнитной гипертермии и направленного транспорта лекарств.

Задачи.

1. Разработка препарата на основе ферромагнитных материалов, обладающих способностью нагреваться под воздействием электромагнитного поля высокой частоты и несущие в своем составе противоопухолевый препарат.
2. Исследование динамики распределения, накопления и выведения из организма ферромагнетика при внутрисосудистом введении. Исследование влияния ферромагнитной жидкости на сосудистую систему и систему свертываемости крови с использованием фантом-систем для внутривенного введения препаратов.
3. Исследование реакции опухоли на одновременное воздействие ферромагнитной гипертермии и химиотерапии по сравнению с другими методами лечения.

Ключевые слова: онкология, рак, гипертермия, химиотерапия, ферромагнитная жидкость, методика.

На учете с диагнозом «Рак» по всей России состоит 3 000 000 человек старше 18 лет. Показатель распространенности заболевания составляет 2 000 случаев на 100 000 населения. У 500 000 человек ежегодно выявляются злокачественные заболевания. Мужчины — 54 %, женщины — 46 %. По сравнению с 2002 годом число выставляемых диагнозов увеличилось на 16 %. На учете состоит 19 000 детей в возрасте 0–17 лет, за год врачи выявляют 6 000 злокачественных новообразований. В России смертность от онкологических заболеваний составляет 280 000 человек старше 18 лет и 100 человек младше 18 лет, ежегодно.

Лечение онкологических заболеваний является одной из наиболее актуальных проблем современной медицины. В настоящее время злокачественные новообразования находятся на втором месте среди причин смертности, и ведет к инвалидизации населения развитых, а в последние годы и развивающихся стран. Заболеваемость имеет тенденцию к росту, а результат лечения многих категории онкологических больных являются явно неудовлетворительными, несмотря на большие успехи современной хирургии, химиотерапии и лучевой терапии. Экономические потери связаны со значительными затратами на социальное обеспечение и страхование в связи с высокой стоимостью лечения, профилактических и реабилитационных мероприятий, длительной, часто необратимой, утратой трудоспособности. Все это диктует необходимость разработки новых, в первую очередь комбинированных, методов лечения рака.

Одним из таких методов является локальная гипертермия опухолей, которая достаточно давно и широко применяется в онкологии в сочетании с лучевой и химиотерапией. Гипертермия позволяет существенно улучшить результаты лечения различных категорий больных, однако многие проблемы ее применения до сих пор остаются нерешенными. Это, в частности, относится к вопросу достижения необходимой температуры во всем объеме опухолевой ткани, так как недостаточный нагрев может стимулировать рост опухоли и провоцировать ее диссеминацию.

С целью снижения побочных воздействий и увеличение процентов излечения предлагается разработать методику лечения поверхностных злокачественных новообразований, включающую локальную гипертермию и создание состава ферромагнитной жидкости с химиопрепаратом. Таки образом, под воздействием высокочастотным магнитным полем нагревается не опухоль, а введенные в нее «металлические имплантаты».

Нужно отметить, что данная методика находится на стадиях разработки и экспериментальных исследованиях по определенным локализациям. Из-за отсутствия полных данных об эффективности методики и оптимизации ее сочетания с другими видами лечения, в настоящее время, не нашла широко применения в клинике.

С другой стороны, применяемые для лечения опухолей химиопрепараты обладают настолько сильным общим цитотоксическим действием на организм, что их применение зачастую становится невозможным у ослабленных больных. Поэтому весьма актуальным является вопрос доставки химиотерапевтического препарата прецизионно к опухоли при помощи ферромагнитной жидкости под воздействием электромагнитного поля, созданным непосредственно при проведении гипертермии.

Для создания методики комбинированного вида лечения злокачественных образований с применением ферромагнитной жидкости в сочетании с гипертермией и монохимиотерапией разработан рецепт получения ферромагнитной жидкости в стабильной среде, которая также будет безвредной для живого организма и носить на себе химиопрепарат.

Препарат носит в своем составе полученную ферромагнитную жидкость (10 % объема, средний размер частиц от 6 до 10 мкм), физиологический раствор (90 % объема), который является стабильной средой для магнетита и не оказывает пагубного и побочного эффекта на организм, и добавлен подобранный химиопрепарат (Доксорубицын) из расчета 30 мг/м². Проведены исследования, в которых доказывается, что доксорубицин в процессе сорбции ферромагнитной жидкостью не изменяет своего химического строения, максимально достигнутое содержание препарата на поверхности магнетита — 69,8 мг на 1 г магнитного носителя, 70 % которого высвобождается с поверхности магнетита. На данном этапе была разработана экспериментальная установка, которая излучает высокочастотное электромагнитное поле в диапазоне 13,56 МГц с выходной мощностью 50 Вт, которое и оказывает нагревающее, а тем самым разрушающее воздействие на клетки опухоли без вреда организму и, оказывающее магнитное действие на готовый препарат, удерживая его в зоне интереса.

Проведено исследование динамики распределения, накопления и выведения из организма ферромагнетика при внутрисосудистом введении. Лабораторные опыты были поставлены на приобретенной белой беспородной крысе весом 272 грамма. В хвостовую вену вводили ферромагнитный препарат следующего состава: 10 % синтетического магнетита из расчета 125 мг/кг веса (34 мг), 90 % физиологического раствора. После чего крыса была подвергнута препарированию и изучению всех органов и тканей на наличие распределения, накопления и выведения ферромагнетика. Полученные результаты свидетельствуют, что частицы магнетита проникали во все органы, в том числе и в головной мозг. Показано, что магнетит появляется в ядре клетки не ранее чем через 60 минут после введения, а пик его накопления приходится на конец первых суток. Выведение его из организма происходило тремя основными путями — через печень с желчью, через легкие с мокротой и через почки.

Проведено исследование влияния ферромагнитной жидкости на сосудистую систему и систему свертываемости крови с использованием фантом-систем для внутривенного введения препаратов. После введение препарата в внутривенное русло было обнаружено, что из просвета сосудов магнетит через поры в сосудистой стенке проникает в межклеточное пространство, затем сквозь клеточную мембрану внутрь клетки, где некоторое время локализуется на клеточных органеллах. С использованием многофункционального инъекционного тренажера для внутривенных инъекций (фантом-система) получены результаты влияния на систему свертывания крови. При исследовании системы гемостаза методом лабораторной диагностики — коагулограмма, было установлено, что внутривенное введение магнетита в дозе 80 мг/кг веса вызывает смещение свертывающей-антисвертывающей системы в сторону гиперкоагуляции. В дозе 125 мг/кг веса происходит «срыв» системы гемостаза и развитие синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром). Таким образом, требуется проведение соответствующих профилактических мероприятий.

Для изучения реакции опухоли на лечение использовали следующие критерии: процент торможения опухолевого роста по объему, определявшийся на 21 день после перевивки; гистологическое исследование опухоли, которое проводилось на 12 день после перевивки опухоли (на 5 день после начала лечения); среднее время жизни животных в каждой из групп; количество полных ремиссий в каждой группе.

Гистологическое исследование опухоли на пятый день после проведения ферромагнитной гипертермии как с использованием восстановленного железа, так и восстановленного железа с сорбированным доксорубицином выявило выраженные нарушения кровообращения в опухолевой ткани. Большая часть капилляров была тромбирована и переполнена эритроцитами. Сама ткань опухоли состояла из больших участков некроза, которые сливались в гомогенную массу. Гранулы железа в виде конгламератов находились по периферии опухоли, а в виде мелких включений как в строме, так и в паренхиме. Наиболее выраженные нарушения структуры опухоли и расстройства кровообращения наблюдались в местах контакта с ферромагнетиком.

Таким образом, метод ферромагнитной гипертермии в сочетании с селективной химиотерапией в большом проценте случаев приводит к выраженному патоморфозу опухоли (более 75 % гибели опухолевых клеток) при однократном воздействии. Важно отметить, что введение в организм достаточно высоких (1мг/кг веса) доз доксорубицина не оказывало влияния на систему кроветворения. Основную роль в повреждении опухолевых клеток играло как непосредственное цитотоксическое действие высокой температуры, так и влияние локально введенного химиопрепарата. Следует отметить, что возникающие в результате сдавления ферромагнетиком сосудов периферии опухоли расстройства кровообращения приводили к уменьшению уноса тепла от неё. Наиболее выраженные повреждения локализовались в местах проникновения гранул железа по межтканевым пространствам и сосудам непосредственно внутрь опухоли.

Гистологическое исследование показало, что изменения в органах и тканях в значительной степени зависят от количества магнетита. В дозах 25, 50 и 75 мг/кг веса мы наблюдали различной степени полнокровие тканей, наиболее выраженное в печени, легких и селезенке — органах, являющихся мишенями для феррочастиц. Частицы магнетита проникали во все органы, в том числе и в головной мозг. Выведение его из организма происходило тремя основными путями — через печень с желчью, через легкие с мокротой и через почки, причем феррочастицы обнаруживались как в канальцах, так и в клубочках.

Полученные результаты свидетельствуют, что синтетический магнетит может быть использован для направленного воздействия на ядра опухолевых клеток. Его свойство проникать внутрь клеточных ядер дает возможность при определенных параметрах электромагнитного поля селективно нагревать не всю ткань опухоли, а только ее хромосомные структуры. Способность сорбировать на своей поверхности противоопухолевые препараты может быть использована для направленного транспорта лекарств не только к опухолевым клеткам, но и к их ядру. Вместе с тем данные относительного влияния магнетита на систему гемостаза необходимо учитывать для того чтобы избежать осложнений при его внутрисосудистом введении. Его применение возможно при условии локального введения с тем, чтобы общая доза не превысила 100 мг/кг веса.

Литература:

1. Чиссов В. И. Руководство по онкологии / В. И. Чиссов, С. Л. Дарьялова // М.: МИА, 2008. — 840с.
2. Каприн А. Д. Злокачественные новообразования в России в 2013 году (заболеваемость и смертность) / А. Д. Каприн, В. В. Старинский, Г. В. Петров // М.: МНИОИ им. П. А. Герцена, филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П. А. Герцена» Минздрава России, 2015. — 250 с.
3. Фрадкин С. З. Современное состояние гипертермической онкологии и тенденции ее развития / С. З. Фрадкин // Медицинские новости, 2004. Т. 3. — С.3–8.
4. Фрадкин С. З. Клиническая онкология: Справочное пособие / С. З. Фрадкин, И. В. Залуцкий // Минск: Беларусь, 2003. — 784 с.
5. Александров Н. Н. Применение гипертермии и гипергликемии при лечении злокачественных опухолей / Н. Н. Александров, Н. Е. Савченко, С. З. Фрадкин, Э. А. Жаврид // М.: Медицина, 1980. — 256с.
6. Курпешев О. К. Экспериментальные основы применения гипертермии в онкологии / О. К. Курпешев, Т. В. Лебедева, П. В. Светицкий, Ю. С. Мардынский, Н. А. Чушкин // Ростов-на-Дону: Изд-во «НОК», 2005.
7. Курпешев О. К. Гипертермические методы лечения / О. К. Курпешев // М.: ГЭОТАР-Меди, 2008. — С.438–470.
8. Никифоров В. Н. Магнитная гипертермия в онкологии / В. Н. Никифоров, Н. А. Брусенцов // Медицинская физика, 2007. № 2. — 51с.
9. Кузнецов В. Д. Температурные зависимости намагниченности препаратов для магнитной гипертермии / В. Д. Кузнецов, Т. Н. Брусенцова, В. Н. Никифоров, Н. А. Брусенцов, М. И. Данилкин // Известия высших учебных заведений. Физика, 2005. № 48 (2). — С.47–52.
10. Брусенцова Т. Н. Синтез и исследование наночастиц ферритов для магнитной гипертермии / Т. Н. Брусенцова, В. Д. Кузнецов, В. Н. Никифоров // Медицинская физика, 2005. № 3. — С.58–68.