Разработка нанобиороботов, предназначенных для целевой доставки лекарственных препаратов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-00131

НазваниеРазработка нанобиороботов, предназначенных для целевой доставки лекарственных препаратов

Руководитель Никитин Максим Петрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые слова целевая доставка лекарств, тераностика, наночастицы, биокомпьютерные наноструктуры, функции булевой логики, биороботы

Код ГРНТИ76.03.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время проблема целевой доставки лекарственных средств в различные участки организма является одним из ключевых этапов в осуществлении общей парадигмы сохранения здоровья человека. Наряду со своевременной и надежной диагностикой, точная и безопасная доставка лекарственных средств непосредственно к месту оказания терапевтического воздействия является решающим фактором в прогнозе течения заболеваний, в том числе таких социально-значимых, как онкологические и сердечно-сосудистые. Весьма перспективным в этом отношении является тераностический подход, объединяющий в единое целое этапы диагностики и непосредственного терапевтического воздействия на выявленные физиологические мишени. В идеале, терапевтическое действие лекарственного препарата тераностической системы должно проявляться исключительно при условии совпадения целого ряда параметров микроокружения места требуемого воздействия. Однако основной проблемой в создании таких систем является большое разнообразие физиологических факторов и чрезвычайно сложный характер их взаимодействия, что значительно осложняет задачу точной идентификации терапевтической цели и целевой доставки к ней лекарств в условиях in vivo. Существующие в настоящее время способы доставки лекарственных средств страдают недостаточной избирательңостью (например, инъекция или противоопухолевая химиотерапия) или, в лучшем случае, основаны на использовании специфичных (например, за счет использования антител) терапевтических систем с простейшей логикой типа «обнаружение антигена – формирование терапевтического сигнала», что не всегда достаточно эффективно. В данном проекте предлагается новый подход к созданию тераностических нанобиороботов, потенциально решающий проблему целевой доставки лекарственных средств за счет использования биокомпьютерных наноразмерных агентов, которые способны формировать определённый отклик (терапевтическое воздействие) в результате гибкой реакции на сочетание или сложную комбинацию нескольких внешних физиологических факторов. Уникальность предлагаемых биокомпьютерных систем состоит в их способности самостоятельно проводить сложные логические операции и вычисления по анализу совокупности внешних факторов, используя математический аппарат булевой логики. Такие биологические нанороботы способны сами обнаруживать мишени путём селективного детектирования и логического анализа совокупности нескольких признаков (например, наличие и концентрационный интервал биомаркеров и/или рецепторов, локальные изменения рН или/и температуры и т.д.) и автономно производить или, наоборот, не производить запрограммированное воздействие. Реализация подобных функций в автономной тераностической системе создает возможность существенно повысить адресность доставки лекарственных средств, увеличить эффективность терапевтического воздействия в целевой локации, не затрагивая при этом здоровые ткани. Предлагаемый подход является развитием принципиально новой общей концепции, недавно предложенной авторами данной заявки (Nikitin et al. Nature Nanotechnology, 2014, vol. 9, N9, pp. 716-722), которая защищена патентом РФ (Патент RU2491631, oпубликован 27.08.2013), а также, исходя из результатов международного патентного поиска по заявке WO2013151465, имеет высокую вероятность патентной защиты и в ведущих западных индустриальных странах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Трегубов А.А., Никитин П.И., Никитин М.П. Advanced smart nanomaterials with integrated logic-gating and biocomputing: dawn of theranostic nanorobots. CHEMICAL REVIEWS, vol. 118, issue 20, pp. 10294-10348 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.chemrev.8b00198

2. Никитин М.П., Орлов А.В., Соколов И.Л., Минаков А.А., Никитин П.И., Динг Дж., Бадер С.Д., Рожкова Е.А., Новосад В. Ultrasensitive Detection Enabled by Nonlinear Magnetization of Nanomagnetic Labels Nanoscale, vol. 10 (24), pp. 11642-11650 (год публикации - 2018)
10.1039/C8NR01511B

3. Знойко С.Л., Орлов А.В., Пушкарев А.В., Мочалова Е.Н., Гутенева Н.В., Лунин А.В., Никитин М.П., Никитин П.И. Ultrasensitive quantitative detection of small molecules with rapid lateral-flow assay based on high-affinity bifunctional ligand and magnetic nanolabels Analytica Chimica Acta, vol. 1034, pp. 161-167 (год публикации - 2018)
10.1016/j.aca.2018.07.012

4. Лунин А.В., Васильева А.В., Горшков Б.Г., Соколов И.Л., Черкасов В.Р. Modified Liposomes as Optical Probes, Magnetic Labels, and Drug Carriers IEEE Хplore, Proceedings - International Conference Laser Optics 2018, ICLO 2018, article number 8435580, p. 575 (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435580

5. Гонсалвес М., Шварц-Альбиз Р., Никитин П.И., Никитин М.П., Момбург Ф. Targeting of tumor tissues with magnetic nanoparticles IEEE Хplore, Proceedings - International Conference Laser Optics 2018, ICLO 2018, article number 8435481, p. 541 (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435481

6. Никитин М.П. Multifunctional Nanoagents for Logic-Gated Chemosensing, Diagnostics and Drug Delivery IEEE Хplore, Proceedings - International Conference Laser Optics 2018, ICLO 2018, article number 8435454, p. 535 (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435454

7. Трегубов А.А., Соколов И.Л., Бабёнышев А.В., Никитин П.И., Черкасов В.Р., Никитин М.П. Magnetic hybrid magnetite/metal organic framework nanoparticles: facile preparation, post-synthetic biofunctionalization and tracking in vivo with magnetic methods Journal of Magnetism and Magnetic Materials, volume 449, pages 590-596 (год публикации - 2018)
10.1016/j.jmmm.2017.10.070

8. Орлов В.А., Пушкарев А.В., Мочалова Е.Н., Никитин П.И., Никитин М.П. Development and label-free investigation of logic-gating biolayers for smart biosensing Sensors and Actuators B: Chemical, volume 257, pages 971-979 (год публикации - 2018)
10.1016/j.snb.2017.11.025

9. Соколов И.Л., Черкасов В.Р., Трегубов А.А., Буюкли С.Р., Никитин М.П. Smart materials on the way to theranostic nanorobots: molecular machines and nanomotors, advanced biosensors, and intelligent vehicles for drug delivery Biochimica et Biophysica Acta, volume 1861, issue 6, pages 1530-1544 (год публикации - 2017)
10.1016/j.bbagen.2017.01.027

10. Никитин М.П. Nanorobots for Biomedical Applications IEEE Xplore, Proceedings of 2016 International Conference Laser Optics, LO 2016, Article number 7549994, Page S227 (год публикации - 2016)
10.1109/LO.2016.7549994

11. Шипунова В.О., Никитин М.П., Никитин П.И., Деев С.М. MPQ-Cytometry: a Magnetism-Based Method for Quantification of Nanoparticle-Cell Interactions Nanoscale, Nanoscale, 2016, Volume 8, Pages 12764-12772 (год публикации - 2016)
10.1039/C6NR03507H

12. Никитин М.П., Орлов А.В., Знойко С.Л., Брагина В.А., Горшков Б.Г., Ксеневич Т.И., Черкасов В.Р., Никитин П.И. Multiplex biosensing with highly sensitive magnetic nanoparticle quantification method Journal of Magnetism and Magnetic Materials, доступна онлайн с 21.10.2017 (год публикации - 2017)
10.1016/j.jmmm.2017.10.078

Публикации