Ученые РХТУ совместно с коллегами из ИБХ РАН, ЦСП ФМБА России, ФИЦВиМ и ГНЦ ВБ «Вектор» разработали полимерные наночастицы для переноса плохорастворимых биологически активных веществ по организму. .
Более 90% биологически активных веществ, которые можно использовать для создания лекарств, слабо растворимы в воде и плохо проникают через клеточные мембраны. Это приводит к тому, что их выведение из организма происходит слишком быстро. Существующие лекарственные формы частично решают проблему нерастворимых препаратов, но недостаточно безопасны и эффективны. В связи с этим ученые ищут способы адресной доставки лекарств в нужные органы и ткани с помощью носителей, например, наночастиц. Группа ученых РХТУ под руководством профессора Михаила Штильмана более 20 лет работает в этой области. Ученые уже включали в наночастицы различные действующие вещества: противовоспалительный индометацин, противогрибковые нистатин и амфотерицин, противоопухолевые препараты. В одном из исследований ученые предложили подход к созданию препарата, способного проходить через гематоэнцефалический барьер в ряде экспериментов.
Этот подход применим также для разработки вакцин: соединения, нейтрализующие вирус, можно связывать с полимерными наночастицами.
Ученые продемонстрировали это на вирусе, вызывающем лихорадку Рифт-Валли. Заболевание распространено в Африке и поражает преимущественно животных, но может переходить к людям через кровь инфицированного животного или укусы зараженных комаров. Вирус имеет низкую летальность (менее 1%), но тяжелые формы болезни могут привести к поражению печени, сетчатки глаз и неврологическим осложнениям.
Существующая вакцина используется только в экспериментальных целях для групп риска, поэтому продолжаются поиски других вариантов.
«ДНК-плазмиды — двухцепочечные молекулы, живущие отдельно от хромосом и содержащие специфические гены. Эти гены способны нейтрализовать гликопротеины на оболочке вируса, разрушив «крючки», которыми он цепляется к клеткам организма, тем самым обезврежив его, — говорит Андрей Кусков, заведующий кафедрой технологии химико-фармацевтических и косметических средств РХТУ, входящий в группу исследователей. — ДНК-вакцины против вируса Рифт-Валли на основе плазмид уже упоминались ранее, но их эффективность вызывает сомнения. Ранее для доставки ДНК-плазмид использовали липосомы, полисахаридные наночастицы и другие агенты. Мы предложили в качестве транспорта наши полимерные наночастицы, поскольку благодаря своей конструкции они могут транспортировать действующее вещество через мембраны клеток. «.
Наночастица как конструктор
Созданная система адресной доставки основана на наночастицах модифицированного поливинилпирролидона (ПВП), широко используемого в медицине из-за низкой токсичности, химической стабильности и био-, гемосовместимости. По своей природе ПВП гидрофилен, то есть легко связывается с молекулами воды, что обеспечивает его хорошую растворимость. Однако в процессе синтеза к нему присоединяется гидрофобная группа, которая стремится избегать контакта с водой. Такая получившаяся амфифильная молекула обладает как гидрофильными, так и гидрофобными свойствами. При определенной концентрации в водной среде амфильные молекулы самопроизвольно собираются в наноразмерные сферические агрегаты. Гидрофобные части заворачиваются внутрь, формируя ядро частицы, а гидрофильные образовывают оболочку, обеспечивающую совместимость с водой.
Наночастицы способны захватывать гидрофобные молекулы, например, биологически активные вещества, которые сейчас используют в таблетках. Внутри наночастиц масса лекарства может составлять до 60% от её веса. Вещество оказывается в капсуле под гидрофильной оболочкой. Такие наночастицы лучше усваиваются иммунной системой, не оседают в крови, обеспечивают длительное действие и отсутствие токсичности. По мере продвижения по организму концентрация амфифильных молекул снижается, им становится менее выгодно собираться вместе, и наносферы постепенно распадаются, высвобождая активное вещество. Такой механизм модифицированных молекул ПВП обеспечивает пролонгированное выделение активного агента, в данном случае ДНК-плазмид.
«К оболочке наночастицы можно добавлять векторы, специфические белки для связи с определёнными клетками в организме или что-либо другое, повышающее эффективность носителя, — отмечает Андрей Кусков. Таким образом, обеспечивается адресная доставка препарата или его дополнение, к примеру, растворимыми в воде активными веществами, которые амфифильная молекула полимера не может «захватить» внутрь. Так на основе полимерных наночастиц можно сделать универсальную платформу, подстраиваемую под каждое действующее вещество для создания препаратов доставки в организм. Например, в работе о вакцине от лихорадки Рифт-Валли модифицировали ПВП аминокислотными группами, обеспечивающими захват ДНК-плазмидов внутрь оболочки. «.
Для испытания вакцины отобрали две экспериментальные и две контрольные группы по 20 животных в каждой. Одна из групп подопытных животных получила внутримышечно раствор с наночастицами, содержащими ДНК-плазмиды, а второй экспериментальной группе ввели раствор свободных плазмид. Контрольные группы получали растворы наночастиц-пустышек. Образцы крови у всех мышей собирали на 7, 14 и 25 день. У мышей из обеих экспериментальных групп появились антитела, причем их было больше у тех грызунов, которым вводили ДНК-плазмиды, упакованные в наночастицы. У мышей из контрольных групп иммунного ответа не обнаружили. Таким образом ученые показали работоспособность своего подхода к созданию вакцин на основе полимерных наночастиц.
Изучение адресной доставки биологически активных веществ имеет огромное значение для современной медицины. В качестве транспортных систем для лекарственных соединений могут использоваться различные структуры: липидные наночастицы, природные полимеры (например, гиалуроновая кислота), оболочки аденовируса или, как в исследовании российских учёных, полимерные наночастицы, способные направлять действующие вещества к органам-мишеням. Полимерные наночастицы обладают рядом преимуществ – устойчивостью, не требуют особых условий хранения и легко комбинируются с разными действующими агентами.
««Разработана полимерная наночастица, способная служить платформой для сборки любых действующих веществ,» — заявил Кусков. «Однако каждому случаю необходимы испытания, проверка безопасности и эффективности препаратов. Постоянно ищем сотрудничества с научными группами, готовыми проводить такие эксперименты.» «.