Исследователи из Национального университета Сингапура разработали высокопроизводительный метод подбора наночастиц, способных доставлять терапию напрямую в митохондрии — энергетические структуры внутри раковых клеток, важные для их выживания.

Ключевым элементом технологии стали «ДНК-штрихкоды», которыми маркируется каждая наночастица. Это позволяет одновременно отслеживать десятки различных конструкций внутри живых опухолевых моделей и точно определять, какие из них достигают нужных клеточных мишеней.

Метод даёт возможность системно анализировать, как параметры наночастиц — размер, форма и химическое покрытие — влияют на их способность проникать в опухоль и добираться до митохондрий. Вместо последовательных экспериментов «по одной частице» тестируют сразу целые библиотеки материалов в живых системах.

В рамках работы учёные протестировали 30 различных наноконструкций. Каждая из них несла уникальный ДНК-код, что позволило отследить её путь от кровотока до отдельных тканей и даже внутриклеточных структур с помощью секвенирования нового поколения.

Среди протестированных вариантов выделились две наиболее эффективные конструкции. Одна из них — кубическая золотая наночастица, модифицированная фолиевой кислотой, — в доклинических моделях показала почти полную регрессию опухоли (до 99%) при комбинированной терапии, включающей РНК-направленное воздействие на митохондрии и мягкую фототермическую обработку.

По словам руководителя исследования, ассистент-профессора Энди Тэя (Andy Tay), ключевая идея заключается в том, чтобы превратить поиск эффективных наночастиц из медленного перебора в масштабируемую систему с высоким разрешением прямо внутри живых организмов.

Исследование показало важную закономерность: наночастицы, хорошо накапливающиеся в опухоли, с высокой вероятностью также способны проникать дальше — вплоть до митохондрий. Это указывает на то, что успешная доставка в опухолевую ткань является необходимым, но не достаточным условием для точечной внутриклеточной терапии.

Механистически наиболее эффективными оказались две стратегии. Крупные сферические частицы с фолатной модификацией1 дольше циркулировали в крови и накапливались в опухолях, а кубические частицы лучше проникали в клетки через клатрин-зависимый эндоцитоз2, обеспечивая эффективную доставку терапевтической нагрузки.

При тестировании терапевтического потенциала кубическая форма наночастиц показала особенно сильный эффект: комбинация siRNA-терапии, нарушающей работу митохондрий, и фототермического нагрева привела к почти полному уничтожению опухоли уже после одной дозы в доклинических моделях.

Авторы также отмечают, что терапия влияет не только на раковые клетки, но и на иммунную микросреду опухоли, сдвигая поведение макрофагов в сторону противоопухолевого ответа. Это может усиливать общий эффект лечения.

В перспективе исследователи планируют расширить библиотеку наночастиц и подключить алгоритмы автоматизации и машинного обучения для оперативного анализа большого количества данных экспериментов. В более отдалённой перспективе метод может быть адаптирован для доставки терапии не только в митохондрии, но и в другие клеточные органеллы, открывая путь к сверхточной внутриклеточной медицине.