Поры до времени: новая технология снизит побочные эффекты лечения опухолей
Российские ученые создали «умные» программируемые носители с микроскопическими порами для точечной доставки лекарств в организме. Технология позволяет заранее задавать ключевые параметры системы, управляя чувствительностью наноплатформ к кислотности среды и магнитным полям. Это дает возможность обеспечивать контролируемое высвобождение препаратов. Ожидается, что разработка позволит снизить негативное воздействие лекарств на организм и уменьшить побочные эффекты. Вместе с тем эксперты подчеркивают: при внедрении технологии необходимо учитывать потенциальную токсичность магнитного ядра и подтвердить воспроизводимость и предсказуемость поведения таких частиц.
Как создают системы адресной доставки лекарств в организме
Ученые Московского авиационного института совместно с коллегами из ряда российских научно-исследовательских организаций создали инновационные программируемые системы адресной доставки лекарств к очагу болезни.
— В основе разработки — стимул-чувствительные нанокомпозиты. Это «умные» материалы, которые изменяют свойства под влиянием внешних факторов — температуры, кислотности и других. Такие системы позволяют контролируемо доставлять препарат, снижая токсическое воздействие на организм, — рассказал ассистент кафедры «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ Артур Дзеранов.
Ассистент кафедры «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ Артур Дзеранов
Технология предполагает применение специальных наноразмерных носителей. Их внешняя оболочка состоит из кремнезема с микроскопическими порами, а внутрь помещают лекарство и специальные магнитные частицы, пояснил он.
При этом поверхность носителей имеет отрицательный заряд — такой же, как и у компонентов крови. Это позволяет им «маскироваться» и беспрепятственно перемещаться по организму, избегая захвата клетками иммунной системы и вывода из организма.
— Многие стимул-чувствительные системы реагируют на один триггер. Наша группа разрабатывает «интеллектуальные» платформы, которые сочетают сразу два независимых механизма управления, — сообщил Артур Дзеранов.
Первый способ основан на воздействии магнитного поля, которое позволяет направленно накапливать частицы в целевом органе, пояснил эксперт. Второй механизм связан с чувствительностью к кислотности среды: например, повышение уровня перекиси водорода характерно для воспалительных процессов и опухолей. Благодаря этому свойству носители способны распознавать патологический очаг, раскрывать поры и высвобождать лекарственное вещество непосредственно в зоне поражения.
— Особенность разработки — в гибкости архитектуры. Меняя состав компонентов и порядок их внесения, можно точно программировать размер, состав, форму «контейнеров» и за счет этого настраивать скорость высвобождения лекарства и доставку препарата в нужный орган, — сказал ученый.
По его словам, использование методов машинного обучения позволяет ускорить прогнозирование свойств таких систем. В будущем, зная данные конкретного пациента, можно индивидуально программировать параметры носителя.
Сейчас проект находится на стадии доклинических исследований, сообщил ученый. В качестве модели был изучен препарат на основе широко применяемого антибиотика ципрофлоксацина. Проведенные тесты показали, что разработанные системы эффективнее, чем сам препарат в чистом виде, действуют против кишечной палочки и ряда других бактерий.
В ближайших планах — изучение стабильности нанокомпозитов в различных средах, в том числе в присутствии белков. Кроме того, разработчики намерены расширить перечень лекарственных препаратов, которые можно доставлять с помощью новой системы.
Как технология уменьшает токсичность препаратов
— Препараты для лечения опухолей токсичны и действуют на здоровые клетки. Направленная доставка позволяет избежать этого эффекта. При этом кремнезем — нейтральное соединение, которое в неизменном виде выводится из организма. Важно, что ученые решили проблему разрушения (биодеградации) наночастиц иммунной системой организма за счет «шапки-невидимки» в виде отрицательного заряда, — рассказала профессор Института фармации и биотехнологии Российского университета дружбы народов имени П. Лумумбы Анна Марахова.
По ее словам, контролируемое высвобождение лекарственного вещества позволит сократить кратность приема препарата и снизить риск побочных эффектов.
Продвижение разработки во многом зависит от готовности инвесторов профинансировать проведение клинических испытаний, регистрацию и вывод препарата на рынок, добавила эксперт. В целом, для подтверждения эффективности и безопасности требуется значительное время и участие большого числа специалистов.
По мнению доцента кафедры «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета Андрея Карманова, при внедрении подобных систем необходимо учитывать ряд ограничений. В частности, нанокомпозиты могут обладать токсичностью из-за магнитного ядра, что требует проведения дополнительных испытаний. Кроме того, важно повышать точность доставки, поскольку магнитные поля не всегда обеспечивают надежную локализацию наночастиц в зоне поражения. Также требуется совершенствование методов инкапсуляции лекарств и их контролируемого высвобождения.
— Магнитные пористые кремнеземные носители с pH-чувствительным высвобождением уже известны в науке. Новизна подхода — в конкретной архитектуре систем, сочетании функций и возможности их точной настройки, — пояснил «Известиям» руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета Альберт Ризванов.
Особенно перспективным он назвал использование методов машинного обучения для прогнозирования структуры и поведения таких носителей.
По его словам, при внедрении технологии необходимо доказать, что в живом организме частицы ведут себя предсказуемо. Еще одно ограничение — снижение эффективности внешнего магнитного поля с глубиной, из-за чего применение таких систем в первую очередь возможно для очагов, расположенных близко к поверхности тела.
— Разработка востребована при применении лекарств с высокой токсичностью, узким терапевтическим окном, низким проникновением в ткань-мишень или необходимостью локально поддерживать высокую концентрацию действующего вещества. Это противоопухолевые препараты, некоторые антибиотики, противовоспалительные средства, а также фотосенсибилизаторы и другие молекулы для локальной комбинированной терапии, — прокомментировал эксперт.
По его мнению, такие системы наиболее эффективны при локализованных процессах, где есть четко выраженный очаг, к которому можно доставить носитель и где микросреда отличается от нормальной. Например, это солидные (твердые) опухоли, воспаления, инфекции, а также отдельные ишемические поражения.
Сейчас активно развиваются носители, реагирующие на pH, ферменты, окислительно-восстановительную среду, свет, температуру, магнитное поле и их комбинации, рассказал специалист. Сильная сторона таких платформ — возможность сочетать пространственный контроль доставки с временным контролем высвобождения. Особенно перспективны многостимульные системы.
