Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В 2019-2020 гг. были успешно завершены исследования по первому этапу проекта, направленные на создание протоколов синтеза нано- и микроразмерных капсул (частиц комплексного состава), исследованы их физико-химические характеристики (размер, морфология, поверхностный заряд, проницаемость). Были определены оптимальные условия включения в состав частиц хелатирующих соединений для осуществления эффективного мечения частиц диагностическими и терапевтическими радионуклидами. Установлены радиологическая активность разрабатываемой системы в экспериментах in vitro. В первую очередь была исследована эффективность включения радионуклидов в полученные частицы на примере модельного радиоизотопа Галлия-68 (68Ga). Была определена эффективность реакции мечения 68Ga с высокомолекулярным соединением HSA в зависимости от количества хелатирующего агента с целью получения радиоактивного коньюгата 68Ga-DOTA-HSA. Для включения 68Ga-DOTA-HSA в носители комплексного состава было предложено две стратегии запаковки, а также был использован третий метод, основанный на физической адсорбции низкомолекулярного комплекса 68Ga-DOTA на поверность нано- и микроносителей. Изучена эффективность адсорбции 68Ga-DOTA в зависимости от рН среды. Полученные нанометровые и микрометровые частицы комплексного состава были исследованы с использованием конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (SEM / TEM). Структура частиц была подтверждена EDS анализом. Дополнительно, были получены данные по биосовместимоти, токсичности и агрегативной способности в биологических жидкостях полученных частиц. Отработано несколько подходов к мечению носителй радиоактивной меткой: (i) адсорбция радионуклида на частицах, (ii) включение радиоизотопа в полимерный слои частиц и (iii) загрузка радиоизотопа внутрь ядра CaCO3. В результате анализа полученных экспериментальных данных установлено, что наилучшая стратегия мечения частиц комплексного состава является методика включения радионуклида внуть частиц CaCO3 в присутствии со-осаждения двух солей CaCl2 и Na2CO3. Таким образом, данная методика мечения была использована для включения терапевтических радиоизотопов Лютеция-177 (177Lu) и Актиния-225 (225Ac). Установлено, что в случае 177Lu эффективность включения радиоизотопа составила ~ 85%, тогда как для 225Ac это значение было ~ 55-60 %. Эффективность связывания и радиохимическая стабильность частиц, меченных радиоизотопами (на примере 68Ga), были проанализированы с использованием доз-калибратора. Метод со-осаждения продемонстрировал высокую стабильность удержание радиоизотопов in vitro. Результаты первого года реализации проекта по созданию протоколов синтеза нано- и микроразмерных частиц комплексного состава, исследованю их физико-химические характеристики, токсичности, биосовместимости, оптимальных условий включения радиоизотопов в состав частиц были опубликованы в журналах Web of Science/Scopus: ACS Sustainable Chemistry&Engineering (IF 6.97), Laser&Photonics Review (IF 9.056), Biomaterials Science (IF 5.21). Также по тематике проекта была написан и опубликован обзор в журнале Nanobiotechnology (IF 5.81).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В 2020-2021 гг. были успешно завершены исследования по второму этапу проекта, направленные на проведение экспериментов по анализу in vivo стабильности радионуклид меченых частиц комплексного состава, модификации поверхности полученных частиц комплексного состава молекулярными векторами (моноклональными антителами к PD-1), определение профиля токсичности и безопасности полученных носителей in vitro и in vivo. Исследование in vivo стабильности и распределения радионуклид меченых частц проводили на примере диагностического радиоизотопа 68Ga с использованием ПЭТ/КТ. Установлено, что крупные частицы микронного размера (4-5 мкм) распределяются преимущественно в легких, тогда как нанометровые частиц (< 600 нм) накапливаются в печени. Экспериментально было установлено способность разрабатываемых носителей к удержанию изотопа 225Ac, а также его дочерних радиоизотопов: 221Fr и 213Bi для in vitro и in vivo исследований. Полученные частицы продемонстрировали устойчивое удержание терапевтического радионуклида и значительной части его дочерних изотопов. Установлено, что профиль биораспределения зависит от типа носителя. Показано, что носители микрометрового размера преимущественно аккумулируются в легочной ткани. Носители субмикрометрового размера продемонстрировали стандартное биораспределение для частиц с размерами менее 1 мкм, которые, проходя через “легочный фильтр”, накапливаются в печени и селезенке. Разработаны методики ковалентной сшивки антител с полиэлектролитной, гибридной капсулой, обеспечивающей правильную ориентацию антител на поверхности, а следовательно и эффективное взаимодействие с цитокинами. В качестве антител для пришивки выступили терапевтические антитела anti-PD-1. Непрямая методика иммуноферментного анализа (ИФА) была адаптирована и модифицирована для анализа эффективности ковалентного связывания и пространственной ориентации антител на поверхности капсул. Были проведены исследования, направленные на изучение эффективности захвата гибридных капсул опухолевыми клетками человека in vitro путем анализа методами флуоресцентной микроскопии и проточной цитометрии. В качестве опухолевой клеточной культуры была выбрана – HELA, в качестве культуры сравнения были выбраны человеческие мезенхимальные стволовые клетки человека (чМСК). Опухолевая и здоровая клеточные культуры демонстрируют совершенно разный способ метаболизма микрокапсул. Было установлено, что токсичность для клеток повышается с увеличением соотношения капсул и клеток. Результаты второго года реализации проекта по созданию и in vivo аппробации нано- и микроносителей комплексного состава были опубликованы в журналах Web of Science/Scopus: ACS Applied Materials and Interfaces (IF 8.758), Journal of Controlled Release (IF 7.727) и ChemistrySelect (IF 1.811).

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 2021-2022 гг. были успешно завершены исследования по третьему (заключительному) этапу проекта, направленные на проведение экспериментов по оценке эффективности целевой доставки диагностических и терапевтических радионуклидов с использованием капсул, а также установления их терапевтического потенциала в лечение онкологических заболеваний. В результате выполнения данного этапа по проекту было установлено биораспределение радионуклид-меченных капсул в органах лабораторных мышей. Представлены данные по анализу профиля распределения всех типов капсул. Основное накопление капсул происходит в печени и в селезенке. Проведена оценка общего токсикологического эффекта всех типов капсул на лабораторных животных. Из полученных результатов анализа гистологических срезов не было обнаружено существенных морфологических изменений в тканях ни в одном из образцов. Были разработаны две модели онкологического заболевания с использованием лабораторных животных: CT26 рак легкого (balc/c мыши) и B16-F10 рак меланомы (C57/black мыши). Оценку терапевтического потенциала капсул была верефицирована на примере метастатического рака легких с использованием модельного терапевтического изотопа 177Lu. На основании результатов по тепарии было подтверждено уменьшение метастатических узлов в легких по сравнению с контрольной группой (без терапии). Разработанные носители перспективны для доставки терапевтических радионуклидов в легочную ткань и в дальнейшем могут быть использованы в терапии опухолей в сочетании с химиотерапевтическими препаратами. Результаты третьего года реализации проекта по оценке терапевтического потенциала разрабатываемых нано- и микроносителей комплексного состава были опубликованы в двух журналах Web of Science/Scopus: Journal of Controlled Release (IF 9.776) и Journal of Colloid and Interface Science (IF 8.128), а именно A.S. Timin et al. Calcium carbonate carriers for combined chemo- and radionuclide therapy of metastatic lung cancer, Journal of Controlled Release, 2022, 344, 1-11. T. E. Karpov et al. Impact of metallic coating on the retention of 225Ac and its daughters within core–shell nanocarriers, Journal of Colloid and Interface Science, 608, 3, 2571-2583.