В ИТМО создали первую систему доставки лекарств для адресной терапии меланомы

Новости МирТесен

Совместная работа специалистов ИТМО и Балтийского федерального университета им. Канта привела к созданию полимерной системы, предназначенной для адресной доставки натуральных лекарственных веществ в зону поражения. Исследователи подтвердили, что эта система оказывает специфическое воздействие на клетки меланомы и безопасна для здоровых клеток – кератиноцитов. В качестве активных компонентов были выбраны куркумин и усниновая кислота, которые интегрированы в полимерную структуру, основанную на гиалуроновой кислоте. Данная разработка имеет перспективы для применения в местной химиотерапии и может использоваться в качестве лечебной повязки после удаления опухоли. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Bioscience-Landmark.

Меланома считается одним из наиболее опасных видов рака, характеризующихся высокой степенью злокачественности и способностью к быстрому распространению данным Согласно данным Всемирной организации здравоохранения за 2022 год, зарегистрировано свыше 1,5 миллиона новых случаев заболевания, и около 60 тысяч человек умерли по всему миру. Одним из методов лечения меланомы является традиционная химиотерапия. Применение противоопухолевых лекарств позволяет остановить рост, развитие и деление клеток, однако при этом негативное воздействие оказывает как на раковые, так и на здоровые клетки.

В качестве альтернативы синтетическим лекарственным средствам, применяемым для лечения меланомы, могут использоваться природные биологически активные вещества. Так, куркумин, полифенольное соединение, являющееся ключевым компонентом куркумы ( Curcuma longa), который ингибирует рост, инвазию и метастазирование различных видов рака, способствует апоптозу (запрограммированному самоуничтожению клетки ― прим. ред.) раковых клеток и уменьшает окислительный стресс, который вызывает повреждения в ДНК и мутации. Усниновая кислота, природное соединение, содержащееся в некоторых видах лишайников, обладает противовоспалительным, антибактериальным, противовирусным, противораковым, антиоксидантным и фотозащитным действием, а также снижает жизнеспособность клеток меланомы и усиливает активность некоторых противоопухолевых препаратов (например, доксорубицина).

Куркумин и усниновая кислота являются гидрофобными биологически активными веществами, характеризующимися низкой растворимостью в воде и ограниченной биодоступностью. Для улучшения их воздействия ученые используют метод инкапсуляции, заключая эти гидрофобные соединения в гидрофильную полимерную оболочку, часто на основе природных полимеров. При этом эффективность системы доставки и ее функционирование зависят от молекулярной массы используемого полимера. Проводимые исследования в этой области помогут разработать оптимальный состав системы, что позволит повысить эффективность и безопасность терапевтических мероприятий. Ранее исследователи из ИТМО первыми в мире представили нановолокна на основе гиалуроновой кислоты, содержащие куркумин и усниновую кислоту без использования дополнительных полимеров и катализирующих агентов, большинство из которых токсичны.

Специалисты ИТМО и научная группа из Балтийского федерального университета им. И. Канта объединили усилия для дальнейшей разработки в этой области и создали полимерную систему, предназначенную для адресной доставки лекарственных средств при лечении меланомы. Разработанная ими структура представляет собой тонкую пленку, основанную на гиалуроновой кислоте, в состав которой включены природные биологически активные компоненты — куркумин и усниновая кислота.

«В ходе проведенного анализа было выявлено взаимодействие двух биологически активных веществ и их избирательное воздействие на клеточные линии CVCL-7036 (меланома без пигмента) и SK-MEL 28 (меланома со слабым пигментом). Полимерные пленки не оказывали негативного влияния на здоровые клетки кожи (кератиноциты HaCaT), а напротив, способствовали ускорению регенерации» , — сообщила руководитель научной группы Балтийского федерального университета им. И. Канта, заведующая Лабораторией биомедицинских приложений Екатерина Левада.

Данная система представляет собой платформу, позволяющую интегрировать различные фармакологически активные вещества, обладающие противоопухолевым, противовоспалительным, антибактериальным и другими эффектами, для решения разнообразных терапевтических проблем.

«Система отличается своей «модельностью», подразумевающей возможность насыщения различными биологически активными компонентами, как обладающими склонностью к растворению в воде, так и нерастворимыми в ней. Кроме того, при создании системы не применялись токсичные катализаторы, например 1,3-дициклогексилкарбодиимид или 4-диметиламинопиридин, а также токсичные растворители в составе полимерных пленок, что обеспечивает полную биосовместимость и безопасность для живых организмов» , — по словам руководителя исследования, старшего научного сотрудника Института перспективных систем передачи данных ИТМО Петр Снетков.

При разработке полимерных пленок исследователи эмпирическим путем установили наилучшее соотношение компонентов, используемых в процессе, и выбрали подходящую молекулярную массу гиалуроновой кислоты. Проведенный тест на цитотоксичность продемонстрировал избирательное воздействие пленок на клетки меланомы и их безопасность для здоровых клеток, а анализ миграционной активности подтвердил способность системы способствовать регенерации тканей.

«Для разработки композиции были задействованы два типа гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1,3 и 2,5 мегадальтона, а также куркумин и усниновая кислота, включенные в полимерную структуру. Оценка цитотоксичности продемонстрировала, что система, содержащая исключительно куркумин, не оказала антиракового воздействия на клетки SK‑MEL 28, однако ингибировала рост клеток линии CVCL‑7036. Совместное применение куркумина и усниновой кислоты привело к наиболее ярко выраженному противоопухолевому эффекту в отношении SK‑MEL 28, что указывает на синергетическое взаимодействие. При этом образцы пленок с наивысшей молекулярной массой продемонстрировали наибольшее снижение жизнеспособности клеток меланомы обеих клеточных линий», — подчеркнула одна из участниц исследования, лаборант Института перспективных систем передачи данных ИТМО Полина Сербун.

Полимерные пленки могут найти применение как в качестве средства для локального лечения, так и в качестве дополнения к основному лечению. К примеру, при проведении химиотерапии разработанное решение позволит уменьшить дозировку препаратов и, как следствие, снизить выраженность системных побочных эффектов. Другой вариант использования – в роли регенерирующего средства после хирургического вмешательства для удаления меланомы. В данном случае на область хирургического вмешащения можно будет наложить повязку с гибкой полимерной пленкой: это ускорит восстановление тканей и одновременно не даст раковым клеткам, которые могли остаться в области раны, распространиться.

«Предлагаемые нами пленки обладают достаточной эластичностью, что позволяет накладывать их непосредственно на область поражения в качестве самостоятельного средства. Кроме того, они способны выполнять роль активного компонента в составе повязки, подобно, к примеру, бактерицидной прослойке в пластыре. Однако пленки – не единственная доступная форма выпуска. Разработанная нами технология позволяет также производить нановолокна, наночастицы и гели, благодаря чему можно подобрать оптимальный вариант лечения меланомы, учитывая особенности каждого клинического случая» , — отметил один из разработчиков исследования, инженер Института перспективных систем передачи данных ИТМО Роман Шайкенов.

Исследования будут продолжены. В первую очередь необходимо подтвердить отсутствие токсичности и безопасность полимерных пленок для других, не пораженных клеток, таких как фибробласты. Во вторую очередь планируется оценить эффективность пленок на моделях животных, включая определение способности биологически активных веществ проникать в более глубокие слои кожи. В-третьих, предстоит установить причину возникновения синергетического эффекта, а также понять, как активные вещества избирательно воздействуют на клетки меланомы, при этом не оказывая вредного воздействия на здоровые клетки.

Исследование поддержано грантом РНФ №24-23-00269.

Информация и фото предоставлены пресс-службой Университета ИТМО