5 августа 2022

НИЯУ МИФИ, Сеченовский и Реймсский университеты первыми в мире разработали универсальную методику по созданию идеальной капсулы для адресной доставки противораковых лекарств

Getty images Getty images

Ученые во всем мире, разрабатывающие сегодня препараты для лечения онкологии, в первую очередь стремятся найти эффективные способы борьбы с болезнью за счет адресного воздействия на рак, создать лекарство, убивающее клетки больные и не затрагивающее клетки здоровые. Но не менее важна и разработка средств доставки такого лекарства к «полю битвы». Одно из них — полимерные капсулы. Российские ученые впервые в мире разработали протокол, позволяющий готовить оптимальные капсулы, причем под разные лекарства.

Сотрудники Лаборатории нано-биоинженерии Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Сеченовского университета и Реймсского университета (Франция) провели систематические исследования специфических функций капсул, влияющих на их взаимодействие с компонентами биологических жидкостей человека, биораспределение в его организме и эффективность точечной доставки.

«Как это ни странно, мы были первыми, кто поставил вопрос о том, как физико-химические свойства капсул влияют на их способность доставлять лекарства, — рассказывает профессор Игорь Нагиев. — Что бы вы ни добавили в капсулу, это в любом случае придет в опухоль по той простой причине, что раковые клетки — это фагоциты, «пожиратели», они едят все, что к ним попадает. Весь вопрос в распределении и в том, чтобы лекарство попало туда быстро и в больших количествах, чтобы оно как можно меньше времени проводило в здоровых тканях и не вредило им (так как лекарства эти токсичны), а попав к больным — действовало бы наиболее эффективно».

Сама капсула — это лишь платформа, транспортное средство, своеобразный ракетоноситель. Но ее структура имеет непосредственное отношение к тому, что будет происходить после действия лекарства. Поэтому необходимо так подбирать составные части полимеров для приготовления капсул, чтобы были биоразрушаемыми и выводимыми, то есть они в дальнейшем разлагались бы в организме человека безвредно и не оставляли следа. Поиск такой методики приготовления полимерных капсул занял около года: подбор оптимального соотношения различных физико-химических параметров — это сложная аналитическая работа.

Главные выявленные факторы, влияющие на работу капсулы — это ее физико-химические свойства: заряд, размер, гомогенность. Выбор заряда — принципиальный вопрос. Если поверхностный заряд будет, например, экстремально положительным или отрицательным, то в действии капсулы будет очень много неспецифического, она свяжется не с теми клетками, с которыми надо. Поэтому заряд надо выбирать точно, имея четкую комбинацию полимеров.

Оптимальный размер капсулы — порядка одного микрона. Как оказалось, если ее сделать меньше, то лекарство, выйдя из оболочки, будет проникать не только в пораженные клетки, но в здоровые. Гомогенность (распределение по размерам) — все капсулы должны быть примерно одно размера, без большого разброса. Как этого добиться? За счет подбора, например, ионной силы — солевого состава среды, в которой готовится капсула.

Пресс-служба МИФИ Пресс-служба МИФИ

Обычно ионы солей, связываясь с полимерами, которые используются для приготовления капсул, компактизируют, сжимают их. Химия в этой ситуации решает все. Так, например, биодеградируемость (разложение) и проницаемость оболочки таких капсул (скорость и условия выхода лекарства вовне) в конкретном диапазоне значений pH зависят от использования определенных полимеров-полиэлектролитов при конструировании капсул. Микроокружение опухоли всегда кислое в отличие от здоровых клеток, и, значит, нужно создавать оболочку капсулы из таких материалов, которые «открываются» только при кислом pH.

Стоит отметить, что результаты исследования российских ученых опубликовал журнал Королевского химического общества Великобритании Biomaterials Science – одно из самых престижных международных научных изданий, стабильно входящее в первый квартиль (Q1) рейтинга Journal Citation Reports (JCR) в категориях «Биомедицинская инженерия» и «Науки о материалах».

Сейчас Лаборатория нано-биоинженерии ИФИБ занята работой по уменьшению токсичности капсул, исследованиями их вторичных эффектов на клеточных культурах (in vitro) и животных (in vivo). Клинические испытания на человеке пока не проводятся, но скорость развития отечественной научной мысли дает надежду, что эффективное средство доставки противоопухолевых лекарств, не снижающее качество жизни пациента, будет получено в ближайшие годы.