Российские ученые создают методику точного определения количества проникающего в организм вещества, которое было нанесено на кожу. Для этого исследователи вырастили первый урожай «радиоактивного» табака, из которого получат соединения углерода-14. Его атомы хорошо различимы в опытах с использованием ускорительной масс-спектрометрии, с помощью которой исследователи хотят изучить эффективность трансдермального способа доставки лекарств. В будущем это поможет создать наружные средства, которые заменят в ряде случаев болезненные и дискомфортные для пациента инъекции, рассказали «Известиям» специалисты.
Урожай меченного радиоуглеродом табака
Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) исследуют эффективность доставки лекарств в организм через кожу с помощью меченного радиоуглеродом (С-14) табака. Разрабатываемая методика исследования неинвазивной доставки лекарств с использованием ускорительной масс-спектрометрии («извлечении» из исследуемого образца отдельных атомов с их поштучном подсчетом) позволит узнать, какое количество нанесенного на кожу вещества проникает в организм, и рассчитать дозировку вводимых препаратов. Об этом «Известиям» сообщили в Минобрнауки РФ.
Такой метод введения лекарственных или косметических средств предполагает их проникновение внутрь организма на определенные глубины кожи, в кровеносную систему либо во внутренние органы. Он имеет некоторые преимущества — часть препаратов при пероральном методе введения теряют свои свойства. По этой причине они вводятся путем инъекций. Например, инсулин, который зачастую приходится вводить регулярно. Однако данный способ несет некие риски и дискомфорт для пациента. Альтернативой ему мог бы стать трансдермальный способ введения лекарственных препаратов, то есть процесс контролируемой доставки препарата в системный кровоток через неповрежденную кожу.
Справка «Известий» Трансдермальные препараты выпускаются в форме гелей, мазей или кремов, которые медленно высвобождают компоненты, что отличает их от обычных косметических средств. Также существуют современные пластыри или пленки, которые обеспечивают контролируемое, длительное и безболезненное поступление активных веществ через неповрежденную кожу в системный кровоток.
Прежде всего необходимо провести количественную оценку эффективности проницаемости препаратов в организм, рассказали ученые. Но методик такой оценки на сегодняшний день не существует. Для решения данной задачи в НГУ предложили применить метод ускорительной масс-спектрометрии, при котором используется ионный ускоритель для точного «поштучного» подсчета атомов меченных радиоуглеродом соединений.
Ученые выделили вещества, имеющие стопроцентную проницаемость сквозь слои кожи, — никотин, кофеин и другие. Они должны стать внутренним стандартом для количественных измерений проницаемости лекарственных веществ в организм через кожу. Также ученые занимаются разработкой ниосом — средств доставки веществ в организм. В них будут инкапсулированы реперные вещества, меченные С-14 для исследований с применением метода ускорительной масс-спектрометрии и подтверждения эффективности средств доставки.
Первый урожай «радиоактивного» табака уже получен, проведено in vitro исследование проникновения полученного из него никотина сквозь кожу змеи и лабораторной мыши. Далее предстоит аналогичная процедура с кожей свиней. На следующем этапе будут проводиться исследования с безвредными производными никотина in vivo — на лабораторных животных.
— Растения табака достигают взрослого состояния в возрасте трех месяцев с момента посадки. Мы выращивали их при содействии сотрудников Института почвоведения и агрохимии СО РАН, где имеются специальные гроубоксы и созданы все необходимые условия для выращивания данной культуры. Через месяц после посева и до самого сбора урожая мы производили полив растений препаратом с радиоуглеродной меткой, — рассказала директор ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» Екатерина Пархомчук.
Ученые работали с двумя сортами табака — «Гавана» и «Самсун». Выяснилось, что в «Самсуне» радиоуглерода накопилось больше в корнях, а в «Гаване» — в листьях. Затем было определено, в каких органах растения содержится больше всего никотина. Оказалось, в листьях. В зависимости от сорта и способа выращивания они накапливают от 0,2–0,3% до 1–1,5% никотина на сухую биомассу. В итоге эксперимента ученые получили полграмма никотина, меченного С-14. Он станет одним из стандартных веществ со стопроцентной проницаемостью через кожу для разработки средств доставки препаратов.
Доставка лекарств через кожу
Параллельно для тех же целей ученые синтетическим способом получили кофеин с большим содержанием С-14. Он также известен своей стопроцентной проницаемостью через кожу. В настоящее время ученые нарабатывают ряд веществ, которые затем будут использоваться в качестве внутренних стандартов.
Существует множество методов доставки лекарственных средств в организм — как инвазивных, так и неинвазивных. Трансдермальный относится к последним и представляет большой исследовательский интерес, уточнил исполнительный директор компании «СТМ-Косметикс», совместно с которой ведется исследование, Антон Астанин.
— Зачастую далеко не вся доза лекарства попадает в организм, большая часть остается снаружи, отсеченная роговым слоем эпидермиса. Определить, какое количество вещества прошло этот барьер и достигло своей мишени, до настоящего времени не представлялось возможным, в отличие от пероральных или инъекционных методов введения препаратов в организм, — сказал он.
Для ответа на этот и другие вопросы впервые в России и будет применен метод ускорительной масс-спектрометрии с меченным радиоуглеродом никотином.
Кожа — мощный барьерный орган, и далеко не все соединения способны эффективно через него проникать. Поэтому задача количественно оценить, какая доля нанесенного вещества действительно достигает системного кровотока или целевых тканей, остается одной из ключевых. Применение ускорительной масс-спектрометрии с использованием изотопно меченных соединений, в частности углерода-14, хорошо известно в биомедицинских и фармакокинетических исследованиях и позволяет добиться исключительно высокой чувствительности измерений при работе с микродозами веществ, прокомментировал работу руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета Альберт Ризванов.
— Работа, проводимая в НГУ, представляет интерес именно с методической точки зрения — как попытка адаптировать высокочувствительный аналитический подход к задачам трансдермальной фармакокинетики. Углерод-14 — слаборадиоактивный изотоп и при использовании в следовых количествах давно считается безопасным инструментом научных исследований, — отметил ученый.
Использование ускорительной масс-спектрометрии с меченными соединениями впервые позволяет не предполагать, а точно измерять, какое количество вещества действительно проходит через кожный барьер, указала молекулярный биолог Арина Холькина.
— Метод дает возможность сравнивать системы доставки, оптимизировать формулы и уходить от избыточных доз. А выбор никотина как эталона — мудрый ход: токсин становится сравнительной молекулой с гарантированной проницаемостью, открывая путь к более безопасной и управляемой терапии, — уточнила она.
Работа проводится НГУ на базе Института медицины и медицинских технологий НГУ в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» при поддержке программы «Приоритет-2030».