Биоинженеры РУДН создали наноконтейнеры для направленной доставки лекарств

Биоинженеры РУДН создали наноконтейнеры для направленной доставки лекарств

Бионженеры из РУДН создали магнитные наноконтейнеры для «умной» доставки лекарств в организме. Благодаря им действующее вещество попадает только в определенные органы или ткани, что снижает риск побочных эффектов. В эксперименте на мышах было показано, что наноконтейнеры нетоксичны и не опасны. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.

Одна из главных проблем фармацевтики – побочные эффекты, которые зачастую возникают из-за того, что действующее вещество лекарств попадает в здоровые органы. Именно поэтому, например, столь тяжела для пациентов химиотерапия при лечении рака: токсичные препараты действуют не только на клетки опухоли, но и на весь организм. Системы целевой доставки лекарств позволяют решить эту проблему. В последние годы было предложено много потенциальных «носителей»: микрокапсулы с оболочкой из полиэлектролитов, искусственные липосомы микро- и наноразмеров, белковые наночастицы. Несколько десятков лекарственных средств, упакованных в такие контейнеры, уже используются в практике или проходят клинические испытания.

Тем не менее, остается ряд проблем, которые мешают широкому применению «умных» носителей. Одна из них является - зависимость биораспределения лекарств в тканях от размера контейнеров. Чем меньше размер, тем больше вероятность, что лекарство достигнет больной орган, и тем меньше необходима доза препарата и меньше токсическое действие. Другая проблема – недостаток информации о токсичности, влиянии на организм и распределении в живых тканях. Обе эти проблемы были успешно решены биохимиками РУДН в сотрудничестве с коллегами из России и Великобритании.

Научный сотрудник лаборатории инжиниринга поверхностей РУДН Ольга Синдеева и ее соавторы создали субмикронные магниточувствительные контейнеры – частицы размером 400-600 нанометров с оболочкой из нескольких слоев бычьего сывороточного альбумина (bovine serum albumin, BSA) с флуоресцентной меткой Cy7™ и таниновой (дубильной) кислотой (tannic acid, ТА).

Новизна работы – в методе получения контейнеров, при котором наночастицы магнетита (magnetite nanoparticles, MNPs), смешанного оксида железа (II, III) сначала адсорбировали на поверхности пористых гранул карбоната кальция, которые затем покрывали последовательно несколькими слоями BSA-Cy7 и TA. Затем карбонат кальция вымывали из контейнеров водным раствором с хелатирующим агентом.

«С помощью такого метода удалось в два раза повысить содержание магнетита в контейнерах по сравнению с тем, что получают методами адсорбции и соосаждения. Таким образом, удается повысить магнитный момент наноконтейнеров и увеличить скорость их перемещения в кровеносной системе», — пояснила Ольга Синдеева.

Биоинженеры РУДН ожидают, что субмикронный размер контейнеров увеличит биодоступность лекарства, которое загружают в контейнер MNPs(BSA-Cy7-TA).

Предварительные эксперименты на двух клеточных линиях, HeLa и фибробластах, показали, что контейнеры не влияют на жизнеспособность клеток и их можно использоваться in vivo.

Затем контейнеры без лекарства опробовали на живых мышах линии BALB/c обоих полов весом около 20 граммов, по 10 особей в группе. Контейнеры в виде суспензии в физиологическом растворе вводили в хвостовую вену анестезированных мышей. В качестве контроля использовали суспензию контейнеров без магнетита (BSA-Cy7-TA). Затем на одну из задних лап мышей в течение часа воздействовали магнитным полем, а другую оставляли свободной для сравнения. За распределением наноконтейнеров в тканях живых мышей наблюдали с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и флуоресцентной визуализации. Также был проведен магнитометрический анализ и гистологическое исследование тканей мышей post mortem через час после снятия магнита.

Биологи РУДН показали, что в периферических сосудах задних конечностей в покое при малой скорости кровотока частицы MNPs(BSA-Cy7-TA) в первый час после внутривенной инъекции движутся в направлении конечности, к которой прикреплен магнит. Методом МРТ показано, что концентрация магнетита в мышце рядом с магнитом проходит через максимум. Содержание магнетита в этот момент времени на 70 процентов выше, чем в свободной конечности. Затем сигнал магнетита падает до фоновых значений.

По результатам гистологических исследований и магнитометрии разработчики контейнеров установили, что MNPs(BSA-Cy7-TA) концентрировались преимущественно в легких, и, в меньшей степени, в печени и селезенке, причем их концентрация в легких была в 4-5 раз выше. Небольшое количество носителя было найдено также в других внутренних органах и в мышцах, но в концентрации существенно более низкой, чем в легких. Таким образом, биохимики сделали вывод, что распределение контейнеров, введенных внутривенно, зависит от кровоснабжения органов, то есть от скорости кровотока, но чувствительно к локализации магнитного поля.

Особое внимание было уделено изучению токсичности контейнеров при внутривенном введении и влияния их на организм. Предварительные тесты показали, что in vitro в плазме или крови значительная часть контейнеров подвергается деструкции в течение суток. Результаты исследований говорят о том, что контейнеры успевают достичь цели при внутривенном введении. Затем по изменению сигнала флуоресценции видно, что частицы носителя постепенно деградируют и выводятся из организма. Частицы не токсичны и гемосовместимыми, их размер позволяет им проникать в различные ткани организма, но в рабочих дозах они не вредят дыхательной и кровеносной системе, почкам и печени. Активация системы комплемента, необходимая для биодеградации белковой оболочки контейнеров, не влияет на уровень лейкоцитов, а, значит, не ведет к заметному систематическому воспалению.

Таким образом, исследователям РУДН удалось получить контейнеры с повышенным содержанием магнетита и эффективно управлять их распределением в организме с помощью магнитного поля.

В дальнейшем участники проекта намерены создать «умные» нанокапсулы, способные донести лекарство в больной орган и только там «раскрыться» для высвобождения действующего вещества. Такой способ доставки лекарственных препаратов помог бы избежать побочных эффектов от лечения. Кроме того, может быть во многом снята проблема лечения пациентов с «букетом» заболеваний, а также детей или пожилых людей с ослабленным здоровьем, когда лечащий врач вынужден отказать в назначении необходимой терапии из-за риска ухудшить состояние пациента.

Результаты исследования в журнале Polymers

Новости
Все новости
Наука
30 июля
Химик РУДН нашел способ сделать производство биотполива в 4-10 раз эффективнее с помощью кремниевой матрицы и гетерополикислот

Химик РУДН создал кремниевый молекулярный каркас для получения эфиров из отходов сельского хозяйства, древесной и бумажной промышленности. Он в 4-10 раз повышает эффективность получения эфиров, которые можно использовать как биотопливо. Это позволит снизить энергозатраты и сделает производство биотоплива дешевле. 

Наука
28 июля
Химики РУДН разработали новый путь синтеза веществ для фармацевтики

Химики РУДН предложили универсальный способ синтеза производных тиеноиндолизинов. Свойства этих веществ позволяют использовать их для создания антибактериальных и противораковых препаратов, а также в производстве новых материалов для оптоэлектроники.

Наука
26 июля
Химики РУДН разработали домино-реакцию для получения противоопухолевых препаратов

Химики РУДН предложили новую реакцию для получения сложных органических веществ в одном сосуде. Продукты синтеза оказались эффективными против клеток раковых опухолей, в том числе — устойчивых к известным препаратам.