Химики УрФУ и СПбГУ предложили новый подход к адресному лечению пораженных мест в организме человека, в частности при бактериальных инфекциях. В его основе — наносистема, ядро которой — полиоксометаллат, содержащий молибден и железо. К поверхности полиоксометаллата привязан антибиотик широкого спектра действия — тетрациклин. Такой подход позволит более эффективно бороться с бактериями за счет прицельного воздействия.
Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganics. «Ион полиоксометаллата — это заряженная наночастица, которую можно использовать в качестве основы. Она очень маленького размера — 2,5 нанометра. Благодаря этому она может легко проникать в клетки и проходить через стенки сосудов. На нее можно “посадить” лекарственные препараты и дополнительные вещества (молекулы-векторы), которые помогут системе достигнуть конкретного пораженного органа. В таком случае лекарство будет меньше распределяться по всему остальному организму. Это позволит снизить побочные эффекты, особенно сильно токсичных препаратов», — поясняет научный сотрудник отдела химического материаловедения и лаборатории функционального дизайна нанокластерных полиоксометаллатов УрФУ Маргарита Тонкушина.
Во всем мире много лет проводят исследования на тему адресной доставки лекарственных препаратов в виде наносистем. Для них существует множество вариантов основ. Это могут быть белки, липосомы, биосовместимые полимеры. Также используют наночастицы на основе металлов (золота, платины, серебра) и оксидов металлов (железа, церия). У каждой такой системы есть и преимущества, и недостатки.
«У используемого нами полиоксометаллата есть преимущество по сравнению с металлическими системами в том, что он постепенно разлагается в организме на безвредные вещества, которые усваиваются организмом в качестве микроэлементов. В то время как у металлических и оксидных наносистем существует проблема с выведением из организма. Мы также опубликовали исследование, которое показывает, что введение этого полиоксометаллата повышает уровень гемоглобина и оказывает противоанемическое действие», — добавляет Маргарита Тонкушина.
Ученые отмечают, что полиоксометаллат, благодаря своему заряду, вместе с привязанным к нему лекарством можно ввести в организм под действием электрического поля. Соответственно, доставку препарата возможно осуществить с помощью лекарственного электрофореза, который является альтернативой уколам и капельницам. Зачастую, когда бактериальные процессы происходят в органах, где не так много сосудов, либо существуют какие-то барьеры (например, в суставах), врачи вынуждены вводить препараты в высокой дозе, так как лишь небольшая ее часть достигает нужного места.
Кроме того, введение лекарства уколами может быть болезненным и не всегда безопасным. Доставка препарата электрофорезом могла бы снизить неприятные ощущения у пациентов и повысить безопасность. Помимо того, электрод можно разместить ближе к области поражения и местно повысить концентрацию лекарства по сравнению с остальным организмом.
Эксперименты на клеточных культурах показали, что полиоксометаллат в качестве основы для наносистемы может быть перспективен и для других классов препаратов, например, противораковых. Также планируется проверить способность таких наночастиц преодолевать естественные барьеры иммунопривилегированных органов (головной мозг, глазные яблоки, тимус и другие). Например, в случае головного мозга гематоэнцефалический барьер не только защищает его от проникновения токсичных веществ, но и усложняет попадание лекарственных препаратов, что затрудняет лечение заболеваний головного мозга. В таких случаях могут помочь наносистемы адресной доставки.
Ученые планируют продолжать исследования, чтобы в итоге разработать действующую наносистему. «В идеале мы хотим создать систему адресной доставки самых разных препаратов с полиоксометаллатом. Возможно, у него будет какая-то биосовместимая оболочка снаружи, чтобы не было реакции иммунной системы. После попадания в кровоток наносистема должна проникать к месту поражения и высвобождать там лекарственный препарат. Это мечта, к которой мы движемся. Либо второй вариант — введение наносистемы с помощью электрофореза», — заключает Маргарита Тонкушина.
Отметим, что научная группа химиков проводит исследования совместно с департаментом биологии и фундаментальной медицины УрФУ, Институтом иммунологии и физиологии УрО РАН. Финансирование химики получили в рамках госзадания от Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и гранта для молодежных лабораторий по программе «Приоритет-2030».