Одна из главных проблем современной химиотерапии — ее неизбирательность. Лекарство, призванное уничтожать опухоль, по пути к цели часто атакует здоровые клетки, вызывая тяжелые побочные эффекты. Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) запатентовали технологию, которая способна решить эту задачу: они создали крошечный контейнер для доставки лекарства, который не только защищает препарат, но и высвобождает его точно в нужном месте, рассказали в пресс-службе Минобрнауки России.
Как объяснил корреспонденту Наука Mail старший научный сотрудник лаборатории нано- и микрокапсулирования биологически активных веществ СПбПУ, кандидат физико-математических наук Тимофей Карпов, даже перспективные противоопухолевые вещества не всегда доходят до применения в медицине именно из-за проблем с доставкой.
Основные причины того, что многие эффективные вещества не доходят до клинического применения, — высокая общая токсичность и низкая избирательность. Они воздействуют и на здоровые клетки, повреждая их. Таким образом, они не доходят до раковых клеток в необходимой терапевтической дозе. Наночастицы позволяют изолировать действующее вещество от здоровых клеток, уберечь его от разрушения и обеспечить доставку необходимой дозы к раковым клеткам.
В чем суть разработки
В качестве транспорта для доставки лекарства исследователи выбрали наночастицы диоксида кремния (SiO₂). Это биосовместимый материал, который химически стабилен и обладает пористой структурой — по сути, идеальная «губка» для лекарственных молекул. Но главная инновация петербургских ученых заключается не в самом материале, а в том, как они модифицировали его поверхность.
Перед загрузкой лекарства наночастицы покрывают особым полимером — полиэтиленимином (ПЭИ). Это вещество создает на поверхности частицы плотный положительный заряд. Благодаря силам электростатического притяжения, а также водородным связям, противоопухолевые молекулы буквально прилипают к такому «намагниченному» контейнеру. Такой подход позволяет удерживать в разы больше действующего вещества и отдавать его не одномоментно, а медленно и контролируемо.
Мы создавали, по сути, универсальную платформу — способ надежно зафиксировать действующее вещество и затем отдавать его постепенно, ровно там, где это нужно. Главная находка здесь в модификации поверхности наночастиц полиэтиленимином. Она кратно увеличивает количество вещества, которое удерживает носитель, причем удерживает прочно: более 90 процентов остается в наночастицах на протяжении 18 дней. При этом вся технология идет в мягких условиях и без сложной химии, поэтому ее легко воспроизвести и масштабировать. Для пациента это означает более редкий прием препарата и меньшую токсическую нагрузку, а для фарминдустрии — реальную возможность довести разработку до производства.
Безопасный удар по опухоли
Попадая в организм, такой «наноконтейнер» циркулирует, практически не выпуская содержимое. Но как только он достигает опухолевой ткани, среда вокруг которой имеет повышенную кислотность (pH ниже 5,5), процесс высвобождения лекарства ускоряется. Это позволяет нанести адресный удар именно по больным клеткам. По оценкам ученых, такой подход способен как минимум на 30% снизить общую токсическую нагрузку на организм, а также в несколько раз сократить частоту приема препарата.
По словам Тимофея Карпова, такие системы доставки в перспективе могут расширить возможности применения сильнодействующих препаратов, которые сегодня ограничены из-за риска побочных эффектов.
Кроме того, размер частиц составляет от 100 до 200 нм, а свободные группы на их поверхности позволяют прикрепить дополнительные «агенты» — например, светящиеся метки или диагностические радионуклиды. Это превращает контейнер в тераностический инструмент, который может одновременно и находить опухоль, и лечить ее.
Почему это прорыв
Существовавшие ранее методы «упаковки» лекарств в диоксид кремния требовали сложного подбора кислотности, температуры и концентраций. Они часто давали слабую загрузку или, что еще опаснее, неконтролируемый, лавинообразный выброс препарата.
Как поясняет старший научный сотрудник лаборатории Тимофей Карпов, команда пошла по другому пути: «Похожие системы на основе диоксида кремния разрабатывают во всем мире, но мы отошли от привычных слабых ионных групп и сделали ставку именно на полиэтиленимин. Это дало высокую плотность заряда, а вместе с ней заметно большую емкость, особенно для трудных, плохо растворимых молекул. Не менее важно, что нам удалось уйти от риска резкого, лавинообразного выброса: вещество выходит плавно и ускоряется лишь в кислой среде, характерной для опухоли».
Что мешает внедрению технологии
Несмотря на перспективность подхода, создание систем доставки для онкологии остается одной из самых сложных задач современной медицины. По словам Карпова, опухоль отличается от бактерии или вируса: это не статичная чужеродная структура, а изменяющаяся ткань самого организма, которая способна эволюционировать и «маскироваться».
Еще одна сложность — реакция иммунной системы. Организм может распознавать наночастицы как чужеродные объекты и пытаться уничтожить их до того, как они достигнут опухоли. Одним из возможных решений является дополнительная модификация поверхности наноконтейнеров специальными веществами, которые помогают снизить иммунный ответ.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России предложили способ бороться с устойчивыми бактериями с помощью клеток-киллеров и везикул.
