Задействовать ежа

Interfax-Russia.ru — Дальневосточные ученые разработали новый материал для адресной доставки противоопухолевых лекарств на основе морского ежа.

© РИА Новости. Александр Пирагис

Группа специалистов из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Тихоокеанского государственного медицинского университета (ТГМУ) Минздрава России синтезировала новый материал для адресной доставки противоопухолевых препаратов на основе скелета морского ежа (Mesocentrotus nudus). Результаты работы опубликованы в журнале Materials.

"Многоярусная ячеистая структура модифицированного скелета иглокожего после синтетической обработки позволяет не только хорошо впитывать лекарственный препарат, но и постепенно выделять его небольшими порциями", — отметили в пресс-службе ДВФУ.

Композит из морского ежа модифицировали силикатом натрия, в результате он стал более устойчивым к быстрому растворению.

"Это обеспечивает управляемое выведение препарата в организме при контакте с пораженными клетками", — добавили в пресс-службе вуза.

По данным ДВФУ, новый материал для адресной доставки лекарств биологически совместим с организмом: после высвобождения препарата он полностью растворяется в тканях, не вызывая никаких негативных последствий.

"Результаты исследования показывают, что полученный композит является перспективным носителем для адресной доставки химиотерапевтических препаратов. Было принято решение провести биотестирование композита на моделях in vitro и in vivo в дальнейших исследованиях. Нагруженные лекарством наночастицы могут высвобождать терапевтические дозы препарата в течение более длительного периода времени, чем другие системы, описанные в литературе, а, значит, могут предотвратить рецидив опухоли после резекции (удаления)", — сообщила основной исполнитель работы, лаборант-исследователь лаборатории ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ Олеся Капустина.

Ранее ученые Дальневосточного федерального университета вместе с коллегами из Тихоокеанского института биоорганической химии имени Г.Б. Елякова (ТИБОХ ДВО РАН), Университетской клиники Гамбург-Эппендорф (Германия) и Грайфсвальдского университета (Германия) разработали прототип лекарственного соединения из пигмента морских ежей против устойчивой к химиотерапии формы рака простаты.

При создании препарата исследователи использовали так называемый эффект Варбурга, который проявляется в том, что опухолевые клетки питаются "сахаром", то есть потребляют соединения глюкозы интенсивнее большинства нормальных клеток. С помощью атомов серы они "пришили" к активным молекулам, созданным на основе пигментов морского ежа, глюкозный хвост, а затем обработали получившимся соединением клеточные культуры рака, устойчивого к воздействию стандартных препаратов химиотерапии. В результате опухолевые клетки погибли.

"Оказалось, что клетки рака простаты обладают большим количеством рецепторов, через которые внутрь клетки попадает глюкоза и связанные с ней молекулы", — сообщил один из авторов идеи исследования, научный сотрудник лаборатории биологически активных веществ Школы естественных наук (ШЕН) ДВФУ Сергей Дышловой.

Ученый уточнил, что, хотя новое лекарственное соединение пока показало свою эффективность только на клеточных культурах рака простаты, есть шанс, что в будущем, при условии успешных клинических испытаний, оно подойдет для лечения и других видов рака.

В ДВФУ отметили, что инновацией стал не только сам препарат из морского ежа с "пришитым" глюкозным хвостом, но и способ соединения молекул через серу, а не кислород, как это делалось ранее.

"Новый способ "склейки" был выбран для того, чтобы лекарство обладало повышенной устойчивостью в живом организме и, не разрушаясь в крови раньше, чем попадет в опухолевые клетки. Предыдущие эксперименты показали, что соединения, сшитые через молекулы кислорода, не обладают нужной устойчивостью", — пояснили в вузе.

В дальнейшем исследователи планируют изучить возможные побочные эффекты препарата сначала на мышах, а затем и на других лабораторных животных. Перед этим молекулу лекарственного соединения дополнительно доработают, чтобы оно обладало еще большей стабильностью при попадании в кровь.

Также разработкой новых материалов для адресной доставки противоопухолевых препаратов занимаются в Институте химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН, г. Новосибирск). Например, недавно ученые создали "доставщиков" таких лекарств на основе карбоната кальция и диоксида кремния.

"Благодаря своей структуре и стабильности в кровотоке наночастицы способны пронести препарат через организм и обеспечить большее попадание в нужные клетки. Сами по себе эти частицы считаются биосовместимыми и биоразлагаемыми, поэтому не наносят вреда организму", — сообщила заведующая лабораторией биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН Елена Дмитриенко.

К настоящему времени ученые создали несколько вариантов наночастиц, каждый из которых имеет свои преимущества. Первый из них представляет собой частицу карбоната кальция (CaCO3) размером менее 200 нанометров, второй также обладает размером менее 200 нанометров и состоит из магнитного ядра, покрытого карбонатом кальция — CaCO3.

Исследователи отмечают, что карбонат кальция биосовместим, он полностью разлагается и бесследно выводится из организма. А пористая структура CaCO3 позволяет нести в себе достаточное количество лекарственного средства, успешно доставить его по кровотоку к раковым клеткам и ингибировать их. Попадая в нужные клетки, содержимое высвобождается и начинает действовать на опухоль.

Доставка наночастиц карбоната кальция с магнитным ядром в опухоль происходит за счет внешнего магнитного поля. Оно же локально нагревает такие объекты и вызывает тем самым гибель раковых клеток.

Единственный недостаток частицы на основе карбоната кальция в том, что она сложно подвергается поверхностным химическим модификациям. А они необходимы для точечной направленности препарата в раковые клетки и исключения его проникновения в здоровые клетки. Поэтому в качестве альтернативы специалисты создали наночастицу, в которой покрытием служит диоксид кремния. В отличие от карбоната кальция он способен взаимодействовать с другими функциональными группами, к нему легко присоединить различные биомолекулы, например нуклеиновые кислоты и другие.

Не отстают от своих коллег из Новосибирска и ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ). Они разработали магнитные наноструктуры, которые можно использовать, в частности, для изготовления композитных материалов для регенеративной медицины, биосенсоров, а также адресной доставки лекарств.

Пресс-служба вуза сообщает, что магнитные и магнитоэлектрические свойства структур дают возможность управлять их перемещением и поверхностным зарядом. При этом наночастицы не содержат токсичных материалов, что отличает их от зарубежных аналогов.

Также наноструктуры можно модифицировать под конкретные задачи — например, использовать в качестве неинвазивных хирургических инструментов, управляя ими с помощью магнитного поля или ультразвука.

"Многие процессы в организме управляются электрическими биосигналами, в том числе клеточные функции. Когда мы создаем электрический материал, способный обладать такими функциями управления, и используем электрические стимулы пьезоэлектрического эффекта, мы можем "запускать" необходимые химические и биохимические реакции. Например, стимулировать регенерацию костных и нервных тканей или создавать губительный эффект для раковых клеток", — приводятся в сообщении слова профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Романа Сурменева.

"Сейчас мы активно изучаем потенциал наноструктур для разработки на их основе нейростимуляторов для лечения болезней Паркинсона и Альцгеймера", — отметил он.

По словам ученого, частицы могут быть эффективны и при очистке водоемов от органических загрязнителей. Заряженный материал в воде приводит к генерации активных форм кислорода, которые являются токсичными для органики — бактерий, вирусов, красителей. Ранее подобные наноразмерные структуры в РФ разрабатывались только для приложений в электронике. Теперь же ученые синтезировали новые наночастицы, которые можно использовать для медицинских приложений.

Используемый в наноструктуре феррит марганца позволяет отслеживать его распределение и накопление в организме при помощи томографа. Наноструктуры способны легко встраиваться в организм пациента и стимулировать реакции клеток и тканей, необходимые для достижения оптимального терапевтического эффекта.

Ученые тестируют наноструктуры на биологических моделях и клеточных линиях. Это позволит подобрать оптимальные эксплуатационные параметры, такие как сила магнитного поля и время воздействия, для усиления положительного эффекта воздействия наночастиц и снижения негативного.