Ученые предложили метод внутриклеточной доставки лекарств с помощью природных нанопузырьков (везикул). Их выделили из яблочного сока и из клеточных культур человека. Такие биоконтейнеры не вызывают иммунного ответа, нетоксичны, просты при получении и стабильны при хранении до пяти месяцев. Они накапливаются в клетках до семи дней, что позволит создать лекарственные препараты пролонгированного действия. По мнению экспертов, для доведения разработки до клинического применения нужно решить проблемы стабильности нагруженных везикул и стандартизации их производства.
Нанопузырьки помогут доставлять лекарства в организм
Российские ученые выделили везикулы (нанопузырьки, которые клетки используют для обмена информацией и биомолекулами между собой) из яблочного сока и из жидкости, в которой выращивали разные клетки человека — как здоровые эмбриональные, так и раковые. Полученные структуры не вызывают иммунного ответа и нетоксичны. При этом они относительно просты в получении, рассказали «Известиям» в Минобрнауки России.
— Биологические наноматериалы давно используют для внутриклеточной доставки лекарственных препаратов. Их применяют для уничтожения вирусов и некоторых бактерий, способных размножаться в клетках человека (это хламидии, риккетсии, микоплазмы и др.). Все клетки умеют захватывать наноматериалы с помощью впячиваний внешней мембраны, т.н. эндоцитоза, — рассказала «Известиям» ведущий научный сотрудник лаборатории медицинских нанотехнологий ФНКЦ ФХМ Ольга Морозова.
Однако большинство таких объектов после захвата клетками попадает в лизосомы. Это специальные клеточные органеллы, которые содержат более 60 агрессивных ферментов для деградации всего чужеродного. Кроме того, в процессе разрушения таких веществ клетка выделяет сигнальные молекулы (интерфероны), которые «приказывают» иммунной системе уничтожить клетку с инородными материалами, объяснила она.
— Чтобы обойти препятствие, исследователи выделили внеклеточные везикулы растительного и животного происхождения размером от 20 до 200 нм из домашнего яблочного сока. Чтобы добавить лекарства, природные везикулы разрушали, высушивали в тонком слое и восстанавливали мембранные оболочки в присутствии различных веществ и наночастиц, — пояснила заместитель заведующего лабораторией функциональных биоматериалов МФТИ Екатерина Образцова.
Как показали эксперименты, полученные растительные везикулы нетоксичны для человека и не вызывают иммунного ответа, сообщила она. Кроме того, они могут накапливаться в клетках в течение семи дней, чем достигается длительное действие лекарства. Также такие биоконтейнеры, в отличие от других технологий, относительно просты в производстве и стабильны при хранении до пяти месяцев.
В разработке приняли участие сотрудники из Института биофизики будущего Московского физико-технического института, Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи и Федерального центра физико-химической медицины имени Ю.М. Лопухина Федерального медико-биологического агентства.
Как разработку превратить в реальный препарат
— Преимущество естественных внеклеточных везикул в том, что они имитируют природный механизм межклеточного транспорта. Важно, что в качестве доступного источника использован яблочный сок. У человеческих везикул традиционно низкий выход, поэтому растительные источники интересны как более дешевые и массовые, но необходимо отдельно проверять иммуногенность, наличие чужеродных белков и антигенов, распределение в организме и безопасность при повторном введении, — объяснил «Известиям» руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов.
Исследование — не прорыв, а важная методическая работа, отметил он. В эксперименте нагруженные везикулы были менее стабильны, а часть пептидного груза высвобождалась уже в первые трое суток, что важно учитывать при создании реального препарата.
По мнению эксперта, на практике предложенная платформа может быть востребована в онкологии, доставке матричной РНК, белков, пептидов и других молекул, а также в персонализированной медицине. Однако нужно пройти этапы доклинической проверки, стандартизации состава и доказательства адресной доставки именно в нужные клетки.
— Помимо уже отмеченных преимуществ, можно сказать, что лекарственный препарат, заключенный в везикулу, защищен от разрушения ферментами крови и не подвергается разбавлению. Если дополнительно модифицировать нанокапсулы молекулами-навигаторами, можно добиться их избирательного накопления в пораженных клетках без воздействия на здоровые ткани. Однако технология имеет и ряд ограничений. Так, в одну везикулу помещается лишь небольшая доза препарата, при этом обеспечить полную однородность таких пузырьков крайне сложно. Кроме того, в кровотоке оболочка может потерять герметичность, что приведет к преждевременному высвобождению лекарства, — сообщил доцент кафедры «Общая и клиническая фармакология» Пензенского государственного университета Евгений Курдюков.
По его словам, метод может найти применение в лечении онкологических заболеваний, поскольку везикулы способны самостоятельно накапливаться в опухолевых тканях. Следующий этап — создание «умных» биоконтейнеров: для этого на их поверхность планируется закреплять молекулы-маяки, распознающие исключительно пораженные клетки. Еще одно перспективное направление связано с разработкой гибридных конструкций, объединяющих яблочные и человеческие везикулы для сочетания их преимуществ. Кроме того, предстоит выстроить систему контроля качества, которая обеспечит стабильную безопасность и эффективность каждой партии.