Наночастицы, изготовленные из полиамидоаминов P-G3, уже продолжительное время исследуются как платформа для адресной доставки лекарственных средств к конкретным тканям и клеткам. Первоначально их планировали использовать в терапии ожирения для транспортировки веществ, которые могут оказывать негативное воздействие на весь организм. В результате экспериментов, проведенных на мышах и образцах человеческих тканей, было установлено новое свойство P-G3: даже без включения терапевтической нагрузки наночастицы демонстрируют значительный положительный эффект на жировую ткань.
Предотвратить ожирение или хотя бы сдерживать его развитие несложно: необходимо сбалансированное питание и регулярная физическая активность. Однако существует немало факторов, включая генетическую предрасположенность и ошибки, допущенные в юности, которые затрудняют предотвращение избыточного отложения жира. В связи с этим требуются действенные методы лечения. Их создание является одним из наиболее многообещающих направлений современной медицинской науки.
И действительно, вопросы требуют серьезного внимания. Сейчас используемые лекарственные средства, которые показали свою эффективность в изменении или уменьшении количества адипоцитов (жировых клеток), либо обладают токсичностью, либо оказывают негативное воздействие на другие органы и системы организма. Кроме того, жировые отложения не локализованы в определенной области, а равномерно распределены по всему телу. Некоторые из них могут быть даже полезными или не представлять никакой опасности (например, подкожный и внутримышечный жир), в то время как другие, такие как висцеральный или брюшной (абдоминальный) жир, оказывают прямое вредное воздействие. Этот тип жира связан с повышенным риском онкологических, сердечно-сосудистых и эндокринных заболеваний. А также с серьезными нарушениями обмена веществ в целом.
Необходимо не только обеспечить доставку лекарственных средств к тканям, расположенным по всему организму, но и предотвратить их попадание в кровоток. Для достижения этой цели применяются специальные транспортные молекулы, которые взаимодействуют исключительно с предназначенными для воздействия клетками. К ним относятся, например, полиамидоамины ( PAMAM). Введение осуществляется непосредственно в ткани, нуждающиеся в лечении, где молекулы лекарственного средства, связанные с наночастицами, оказывают терапевтическое воздействие.
В рамках поиска безопасных способов лечения ожирения ученые из США и Китая проводили исследования PAMAM третьего поколения P-G3. Он отличается удобством благодаря хорошей адгезии к внеклеточному матриксу ( ECM) адипоцитов, и таким образом осуществлять перемещение в жировой ткани. Эксперименты, проведенные на мышах с ожирением, подтвердили выдвинутую гипотезу — при введении в брюшную полость PAMAM без полезной нагрузки распределился по отложениям висцерального жира. В других органах его концентрация была радикально ниже.
Но самое интересное, что у введения P-G3 без лекарства в составе наночастиц был неожиданный побочный эффект. Страдающие ожирением мыши в короткие сроки после инъекции начали терять вес и при этом не проявляли никаких проблем со здоровьем. Вскрытие показало, что отложения висцерального жира у таких животных стали меньше, а метаболизм пришел в норму. Любопытнее всего была биопсия получивших PAMAM тканей — некорректно работавшие адипоциты с избыточным содержанием липидов внутри оказались заменены новыми, молодыми и здоровыми клетками. В них тоже присутствовал жир, но ровно столько, сколько должно быть в норме, как это бывает у детей и атлетов.
Принцип действия этого нестандартного и неожиданного устройства P-G3 предстоит подробно изучить. Пока что на основе имеющихся свидетельств главная теория следующая. Выбранный исследователями PAMAM обладает свойством связывать негативно заряженные загрязнения в межклеточной среде — в частности, мусорные фрагменты ДНК и РНК. Конкретно P-G3 и взяли для экспериментов, потому что он должен был хорошо прикрепиться к отрицательно заряженному внеклеточному матриксу. Вероятнее всего, помимо того, чтобы просто удерживаться на ECM, PAMAM очистил ткани от кодирующих последовательностей, которые нарушали нормальную работу адипоцитов. Без такой дополнительной нагрузки, они благодаря естественным внутренним механизмам нормализовали свою жизнедеятельность.
Помимо «чистого» P-G3 в серии экспериментов мыши получали PAMAM с человеческим сывороточным альбумином (HSA) для управления процессом высвобождения полезной нагрузки. Однако активные компоненты непосредственно не связывались с наночастицами. Воздействие полиамидоаминов на клетки человека исследовалось с использованием образцов тканей, а проведение экспериментов на живых людях пока не планируется. Тем не менее, сама идея выглядит весьма перспективной: у подопытных животных исчезли метаболические расстройства, связанные с ожирением, уменьшился объем висцерального жира и повысился уровень энергозатрат организма. При этом наблюдаемые эффекты были устойчивыми. Введение P-G3 подкожно оказало аналогичное действие, только без глобального воздействия на метаболизм — подкожный жир не несет столь негативной нагрузки на организм.
Благодаря успешному исследованию было разработано две научные работы, посвященные данной теме. Одна опубликована в журнале Nature Nanotechnology, вторая — в Biomaterials. Авторами обеих работ выступили исследователи из различных подразделений Колумбийского университета, расположенного в штате Нью-Йорк, медицинского колледжа Уэилл (при Корнелльском университете) и Гуандунского университета.