Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Работа выполнена в рамках реализации первого этапа гранта РНФ № 22-73-10172 от 19.10.2022 г. по теме «Системы на основе биополимеров для доставки лекарственных средств в головной мозг путем преодоления гематоэнцефалического барьера». Проект предполагает разработку современных средств таргетной терапии наиболее опасных злокачественных опухолей головного мозга и нейродегенеративных заболеваний. Среди наиболее опасных злокачественных опухолей, против которых фактически не разработаны эффективные терапевтические средства и медицинские технологии, особое место занимает мультиформная глиобластома. Хирургическая резекция опухоли в комбинации с химио- и радиотерапией существенно повышают выживаемость пациентов с опухолями головного мозга, но не предотвращают появление рецидивов болезни. Большинство препаратов, разрабатываемых для терапии заболеваний головного мозга, не могут успешно использоваться in vivo из-за избирательной проницаемости гематоэнцефалического барьера. Наш научный коллектив предлагает разработку биополимерных наночастиц, функционализированных лекарственными препаратами и таргетирующими молекулами. Ранее в клинической практике биополимерные наноразмерные системы, сочетающие систему доставки, таргетирующие молекулы и лекарства, не применялись, хотя научные исследования в мире в данном направлении ведутся очень активно. Цель работы – разработка наноразмерной системы, способной преодолевать гематоэнцефалический барьер, для последующей таргетной доставки лекарств против опухолевых и нейродегенеративных заболеваний головного мозга. В ходе реализации первого этапа проекта разработаны и апробированы методы синтеза стабильных наночастиц на основе двух противоположно заряженных полиэлектролитов: катионного хитозана и анионного пектина. Проведены первичные исследования физико-химических свойств полученных материалов методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, ИК-спектроскопии и оценкой поверхностного заряда. Решались проблемы пробоподготовки и условий проведения экспериментов. Методом ионного гелирования без использования ПАВ были получены стабильные сферические частицы на основе хитозана. Установлено, что их диаметр составлял от 50 до 150 нм. Частицы пектина диаметром от 50 до 250 нм также были синтезированы без дополнительной межфазной обработки. Метод получения в случае анионного полисахарида был существенно модифицирован в отличие от случая с хитозаном, что было вызвано в первую очередь его структурными особенностями. Стоит отметить хорошую воспроизводимость результатов обоих экспериментов. Предполагаемый механизм формирования частиц заключался в связывании реакционноспособных функциональных групп полисахаридов с противоположно заряженными ионами, увеличение концентрации которых устанавливали на стадии предварительного эксперимента, с помощью оценки электростатических взаимодействий и водородных связей. Отработан метод получения образцов наночастиц полиэлектролитных комплексов катионного хитозана и анионного пектина. Форма частиц изменяется от сферической до вытянутой овальной. Частицы имеют размеры от 40 до 100 нм. Наночастицы сохраняют стабильность на протяжении 5 дней, после чего коагулируют, при этом с увеличением концентрации пектина повышается агрегация. Наночастицы обладают поверхностным зарядом в диапазоне от -28,4 мВ до 73,4 мВ, увеличивающийся с повышением концентрации хитозана при сохранении стабильности наночастиц. Стоит отметить хорошую воспроизводимость результатов экспериментов. Наночастицы способны инкапсулировать гидрофобные молекулы. Так для метиленового синего наночастицы выдают эффективную инкапсуляцию и выход, варьирующийся в разных значениях в зависимости от pH буферного раствора. Проведен анализ метаболической активности на клеточной линии глиобластомы U87-MG для наночастиц и гелеобразующих агентов с использованием тетразолиевого красителя MTT. Существенные изменения метаболической активности клеток в присутствии частиц или ионов гелеобразователя не выявлены. Проведен анализ пролиферативной активности клеток глиобластомы U87-MG в присутствии пектиновых наночастиц с различным содержанием полисахаридного компонента. Установлено, что добавление пектиновых наночастиц не оказывает влияния на скорость роста клеточной популяции, что свидетельствует об отсутствии токсического эффекта наночастиц на основе пектина. Методом планшетной спектрофотометрии с использованием желтого тетразолия было исследовано воздействие полученных полисахаридных наночастиц на метаболизм модельной клеточной линии глиобластомы человека U87-MG. Установлено, что пектиновые и хитозановые наночастицы при добавлении их суспензии в питательную среду не оказывают влияния на метаболизм клеток, а также показано, что соответствующие желирующие агенты в используемых для формирования наночастиц концентрациях не снижают метаболическую активность клеток U87-MG. Методом высокопроизводительного прижизненного наблюдения и анализа клеточных популяций с применением технологии машинного зрения установлено, что созданные наночастицы на основе пектина не оказывают воздействия на пролиферативную активность клеток глиобластомы человека линии U87-MG. Был предложен и реализован метод флюоресцентного мечения наночастиц, что является необходимым требованием при постановке дальнейших экспериментов и контроле за перемещением наноразмерных доставщиков лекарственных средств.