Исследование возможностей графен-индуцированной гипертермии на клеточных линиях рака молочной железы Российский научный фонд, 2026-2029 гг.
Номер проекта 26-15-00198
НазваниеИсследование возможностей графен-индуцированной гипертермии на клеточных линиях рака молочной железы
Руководитель Заморина Светлана Анатольевна, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук , Пермский край
Конкурс №124 - Конкурс 2026 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине
Аннотация
По данным Всемирной Организации Здравоохранения рак молочной железы (РМЖ) является самым распространённым видом рака у женщин в 157 из 185 стран. Кроме того, РМЖ является основной причиной смертности от рака среди женщин во всём мире [Wild et al., 2020]. Очевидно, что существующие подходы к терапии могут сопровождаться нежелательными побочными эффектами, в том числе рецидивами и возникновением лекарственной устойчивости. Для преодоления данных трудностей предлагается использовать наноматериалы в качестве агентов таргетной, фотодинамичекой, фототермической, хемодинамической терапии [Cheng et al., 2021]. Подобные неинвазивные методы позволяют избежать многих побочных эффектов традиционных методов терапии. Среди наноматериалов интерес вызывает графен, который представляет собой аллотропную модификацию углерода с двумерной структурой и обладает высокой теплопроводностью (~5•103Вт•м−1•К−1). Уникальная теплопроводность графена в сочетании со способностью интенсивно поглощать излучение в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет использовать материалы на его основе, в том числе оксид графена (ОГ), для фототермической терапии опухолей путём гипертермии [Liu et al., 2011]. Фототермическую терапию можно сочетать с другими методами для достижения лучшего терапевтического эффекта; кроме того, оксид графена может параллельно выступать в качестве тераностического агента, обеспечивая возможность визуализации и предоставляя, таким образом, возможность использовать комплекс подходов на одной платформе [Mai, Inkielewicz-Stepniak; 2024].
Для индукции гипертермического эффекта мы будем использовать наночастицы оксида графена, предварительно функционализированные ПЭГ, и охарактеризованные по основным параметрам - размер, заряд, состав, химия поверхности, стерильность [Usanina et al., 2025, Supplement 1]. Помимо разработки способа индуцировать гибель опухолевых клеток при помощи графен-индуцированной гипертермии, мы планируем также изучить механизм действия данных процедур, оценивая экспрессию клетками так называемых чек-пойнт молекул [Ma et al., 2023], параметров апоптоза и экспрессию белков теплового шока (HSP). Получение данной информации позволит спрогнозировать возможность дополнительного применения препаратов-ингибиторов контрольных точек в терапии РМЖ.
Таким образом, целью проекта будет разработка способа графен-индуцированной гипертермии опухолевых клеток на модели клеточных линий MCF-7, MDA-MB-231 и SKBR-3, имитирующих разные варианты РМЖ. Мы планируем использовать иммортализованные культуры РМЖ: клетки гормонзависимой аденокарциномы MCF7, клетки гормоннезависимой HER2-положительной аденокарциномы SK-BR-3 и трижды негативной аденокарциномы MDA-MB-231 [Нуштаева и соавт., 2022]. Эксперименты планируется проводить в 2D и 3D (сфероиды) моделях. Эффективность гипертемии будет оцениваться по способности наночастиц ОГ модулировать жизнеспособность, апоптоз и интернализацию наночастиц таргетными клетками, а также экспрессию клетками молекул контрольных точек (PD-L1, PD-L2, HVEM, ICOS-L, EGFR, Ox40-L, TNFRSF9, CD70) [Ma et al., 2023] и экспрессию генов апоптоза (p53, Bax/Bcl-1, caspase-3, caspase-9) и HSP (HSP70, HSP90 and HSP27, HSPВ1). В результате исследований будет разработан оптимальный протокол использования наночастиц оксида графена для эффективного подавления жизнеспособности, пролиферации и функциональной активности опухолевых клеток, включающий описание режима облучения культур в условиях in vitro источником ближнего инфракрасного (БИК)-излучения.
Таким образом, настоящее исследование находится в рамках заявленной стратегии перехода к высокотехнологичному здравоохранению.
Ожидаемые результаты
По итогам реализации проекта будут получены данные о воздействии наночастиц оксида графена на клетки рака молочной железы MCF-7, MDA-MB-231 и SKBR-3 в условиях гипертермии. Будет разработан протокол использования наночастиц различного размера для эффективного подавления жизнеспособности, пролиферации и функциональной активности опухолевых клеток, включающий описание режима облучения культур в условиях in vitro источником ближнего инфракрасного (БИК)-излучения, оптимальные концентрации наночастиц, достигаемый гипертермический эффект, а также изменение параметров клеток. Впервые будут получены данные об интернализации клетками линий MCF-7, MDA-MB-231 и SKBR-3 наночастиц оксида графена для большей эффективности фототермической терапии. Будут изучены морфологические особенности клеток после взаимодействия с наночастицами и БИК-излучения в системе прижизненного мониторирования EVOS. Будет исследована экспрессия молекул контрольных точек (PD-L1, PD-L2, HVEM, ICOS-L, EGFR, Ox40-L, TNFRSF9, CD70) для анализа механизмов действия наночастиц и БИК-облучения. Будут получены данные механизме действия наиболее эффективных схем индукции графен-индуцированной гипертермии на уровне генов апоптоза и экспрессии белков теплового шока (HSP), также планируется продемонстрировать изменения в метаболизме клеток в системе SeaHorse. В качестве контроля планируется использовать эпителиальные не опухолевые клеточные линии MCF-10 A/F.
В целом, наша исследовательская группа впервые продемонстрирует возможности графен-индуцированной гипертермии на клеточных линиях, имитирующих три типа РМЖ (ER+/PR+, HER2+ и ER−/PR−/HER2−). Полученные в ходе реализации проекта результаты позволят сформулировать вектор дальнейшего поиска и разработки терапии рака молочной железы, что является актуальной научной и прикладной задачей.
