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 22-73-10194

НазваниеБиодеградируемые контейнеры для неинвазивной интрадермальной доставки глюкокортикостероидов

РуководительСвенская Юлия Игоревна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского", Саратовская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2025 

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые словаадресная доставка, неинвазивная интрадермальная доставка, топические глюкокортикоиды, волосяные фолликулы, биорезорбируемые носители, кожная биодоступность лекарств, субмикронные контейнеры, инкапсуляция лекарств

Код ГРНТИ31.15.37, 34.17.43, 76.29.57

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Заявляемый проект направлен на разработку новых подходов, обеспечивающих повышение терапевтической эффективности топических глюкокортикостероидов (ГКС) для лечения воспалительных дерматозов различной природы вследствие увеличения их локальной биодоступности. Обеспечение более высокой локальной концентрации ГКС в коже и ее придатках при разовом применении открывает перспективы уменьшения дозы и частоты нанесения применяемого наружного препарата. Таким образом, достигается повышение рациональности использования ГКС при одновременном снижении токсических эффектов, связанных с его приемом. Заболевания кожи, несмотря на постоянно совершенствующиеся методы их диагностики и лечения, остаются широко распространенными среди населения Российской Федерации. В 2020 г. в структуре заболеваемости всего населения России болезни кожи и подкожной клетчатки занимали третье место и данный показатель составлял 16.7 %, причем, среди детского населения данный класс болезней занимал второе место – 21.35 %. В мире, кожные заболевания являются четвертой по распространенности причиной всех болезней человека, затрагивая почти треть всего населения. Топические ГКС более полувека составляют основу терапии широкого спектра дерматологических заболеваний, к которым относятся псориаз, атопический дерматит, гнездная алопеция, красный плоский лишай и др. Однако, несмотря на доказанный высокий терапевтический эффект ГКС, эффективность их проникновения через роговой слой кожи и накопление в местах локализации ГКС-рецепторов (в эпидермисе и дерме) является низкой. В силу липофильности и плохой растворимости в воде, соединения данной группы часто задерживаются в липидном роговом слое. Причем известно, что увеличение дозы наносимого препарата не всегда способствует усилению его интрадермального переноса, однако увеличивает потери и способствует более долгому удержанию ГКС в верхних слоях кожи. Возникающая в связи с этим (при повторных аппликациях препарата) функциональная кумуляция, способствует развитию атрофии кожи и активации локальной инфекции. Таким образом, развитие нежелательных явлений, снижение комплаентности со стороны пациента на протяжении всего курса лечения и низкая биодоступность препаратов обуславливают потребность в оптимизации схем терапии стероидочувствительных дерматозов. Доставка ГКС в волосяные фолликулы открывает возможность повышения кожной биодоступности и локализации терапевтического воздействия при лечении таких дерматозов, поскольку в наружном корневом влагалище фолликула, а также в областях сальной и потовой желез, находится большое количество ГКС-рецепторов. Разрабатываемый нами подход к иммобилизации глюкокортикостероидов в биодеградируемые контейнеры-носители с последующей их доставкой и высвобождением в пространстве сально-волосяного фолликула позволит существенно рационализировать топическое применение данных гормональных препаратов. Новизна заявляемых исследований состоит в применении биорезорбируемых минеральных контейнеров для иммобилизации и интрадермальной доставки ГКС различного класса. Уникальные свойства ватерита (высокопористая архитектура и метастабильность) будут впервые использованы для создания системы доставки ГКС с управляемым релизом. Предлагаемая нами идея направленной доставки ГКС в пространство сально-волосяного фолликула с целью усовершенствования схем лечения псориаза и атопического дерматита также является оригинальной.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения работ по проекту будет разработана новая методика неинвазивной интрадермальной доставки глюкокортикостероидов, предполагающая возможность адресации и депонирования терапевтических молекул в пространстве сально-волосяного фолликула при их наружном применении. Предлагаемый подход обеспечит повышение терапевтической эффективности топических ГКС для лечения воспалительных дерматозов неинфекционной природы (атопического дерматита, псориаза, гнездной алопеции и др.), благодаря увеличению локальной концентрации и вероятности аккумуляции ГКС в местах локализации ГКС-рецепторов. Такое повышение кожной биодоступности открывает перспективы уменьшения дозы используемого наружного препарата и снижения токсических эффектов, связанных с его приемом. Разработка заявляемой методики позволит существенно рационализировать топическое применение глюкокортикостероидов. Это является важным шагом в сторону улучшения качества жизни пациентов, поскольку применение наружных ГКС на протяжении уже более 60 лет является базовой и практически безальтернативной терапией воспалительных дерматозов. В последние годы все большую популярность набирают препараты генной инженерии (моноклональные антитела), однако их высокая курсовая стоимость заметно ограничивает внедрение таких препаратов в широкую клиническую практику. Помимо привлекательной цены, большая востребованность ГКС основывается на том, что они позволяют очень быстро редуцировать воспалительные изменения кожи, значительно снижая субъективные симптомы дерматозов. Уменьшение тяжести побочных эффектов от их применения позволит значительно улучшить состояние здоровья пациентов с дерматозами. Таким образом, результаты проекта способны заложить основу для формулирования практических подходов, ориентированных на создание новых, усовершенствованных технологий здоровьесбережения. В ходе выполнения работ по проекту будет оценена концентрация ГКС в коже при их интрадермальной доставке с использованием разработанных протоколов. Будут получены данные о биодоступности новой топической формы, а также о кинетике элиминации ГКС из организма животных в сравнении с другими способами его поверхностного применения. Будет получена информация о возможных патологических эффектах, возникающих в коже и ее придатках в ответ на внедрение разработанных носителей (или об их отсутствии). Полученные результаты смогут послужить основанием проведения доклинических и клинических испытаний предлагаемой методики и заложить основу для разработки методических рекомендаций для применения в клинической практике. Кроме того, в ходе реализации проекта будут сформулированы протоколы иммобилизации ГКС различного класса в ватеритные контейнеры, разработаны методики оценки концентрации таких водонерастворимых веществ в водных средах, а также созданы пакеты протоколов оценки цито/гемотоксичности и эффективности интернализации пористых минеральных контейнеров, нагруженных липофильным веществом, методами спектрофотометрии, визуализирующей проточной цитометрии и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Полученные методики могут быть применены в будущем для исследования подобных контейнеров-носителей (например, галлуазитные или цеолитные носители, пористые частицы диоксида кремния) и водонерастворимых лекарств. В связи с этим, ожидаемые результаты представляют практический интерес для фармацевтики и биомедицинского материаловедения и создают предпосылки усовершенствования носителей и систем адресной доставки.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В ходе первого года исследований разработаны протоколы иммобилизации глюкокортикостероидов (ГКС) бетаметазона дипропионата (BD), бетаметазона валерата (BV), клобетазола пропионата (CP), гидрокортизона 17-бутирата (HB) в ватеритную матрицу-носитель субмикронного размера. В основе протоколов приготовления ватеритных контейнеров лежала методика кристаллизации карбоната кальция (CaCO3) при сливании солей хлорида кальция и карбоната натрия в вязкой среде этиленгликоля (ЭГ). Такой подход позволяет формировать пористые сферические CaCO3 контейнеры субмикронного размера. Разработанные протоколы иммобилизации ГКС в контейнеры предполагают возможность использования метода индуцированной кристаллизацией адсорбции (ИКА), а также метода копреципитации для формирования носителей ГКС. С их применением была подготовлена линейка ватеритных контейнеров, содержащих ГКС различного класса активности. Разработан протокол повышения концентрации ГКС в реакционной среде при синтезе контейнеров методом копреципитации. Его применение позволило в 2 раза увеличить концентрацию ГКС в реакционной смеси, что в итоге обеспечило повышение концентрации активного вещества в формируемых ватеритных носителях. Получены данные о влиянии иммобилизации ГКС на размер, морфологию и кристаллическую структуру формируемых контейнеров. При исследовании с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) установлено, что иммобилизация ГКС методом ИКА не оказывает влияния на размер и морфологию ватеритных контейнеров. Средний размер полученных носителей составил 0.9–1.0 мкм. Контейнеры, формируемые при использовании метода копреципитации, имеют форму эллипсоида. При расчете среднего размера таких контейнеров было установлено, что внесение ГКС в реакционную смесь незначительно увеличивает размер формируемых носителей (0.9-1.3 мкм). Рентгенофазовый анализ (РФА) подтвердил наличие ГКС в контейнерах, сформированных при использовании методик ИКА и копреципитации. При этом было показано, что иммобилизация ГКС не приводит к появлению кальцитной фазы, иными словами, осуществляется без потери качества синтезируемых образцов. Успешность иммобилизации ГКС в ватеритные контейнеры была также подтверждена с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Проведена оценка содержания ГКС в полученных ватеритных контейнерах методами UV-Vis спектрофотометрии (СФМ) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Установлено, что эффективность загрузки CP, BD и BV в частицы ватерита при использовании метода ИКА составила 4.9, 4.5 и 4.2 мас. %, соответственно. Под эффективностью загрузки в данном случае понимается отношение массы иммобилизованного ГКС к массе полученных контейнеров, выраженное в процентах. Результирующее содержание ГКС в носителе существенно превосходило содержание действующего вещества в классических лекарственных формах (кремах, мазях, гелях), заключающих в себе от 0.05 до 0.1% ГКС. Это открывает перспективы повышения степени активности и эффективности применения CP, BD и BV. Эффективность загрузки BD была увеличена почти в 2 раза при использовании метода копреципитации. Иммобилизация HB в ватеритные контейнеры оказалась менее эффективной, и, хотя содержание HB в контейнерах было выше, чем в классических лекарственных формах, иммобилизация данного ГКС в ватеритные носители признана нецелесообразный, в силу больших потерь препарата при синтезе. Разработан протокол количественной оценки ГКС в растворах методом спектроскопии КР. Установлено, что данный метод может применяться для оценки содержания ГКС в реальных образцах, однако он отличается высокой погрешностью измерений в диапазоне концентраций ниже 0.0625 мг/мл. В силу высокой трудозатратности и низкой точности измерений, данный способ оценки концентрации ГКС был исключен из методов количественной характеризации образов. Получены данные о динамике процесса деградации ватеритной матрицы и кинетике высвобождения ГКС из нее в модельных средах: среде для культивирования клеток, воде, смеси этанол-вода, а также в фосфатно-солевом буфере. Использование методов энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, СЭМ, РФА, СФМ и ВЭЖХ позволило сформировать обширное представление о поведении носителей в различных модельных средах. Установлено, что высвобождение ГКС из контейнеров в водных средах происходит с выпадением активного вещества в осадок. Формирование кристаллов ГКС, их укрупнение и агрегация с течением времени приводит к искажению результатов исследования профилей высвобождения ГКС. В ходе исследований была разработана методика, позволяющая повысить точность определения концентрации ГКС в водной среде при высвобождении из контейнеров, благодаря повышению эффективности растворения формирующихся кристаллов препарата. Получены данные о цитотоксичности ватеритных контейнеров, нагруженных ГКС различного класса, с использованием клеточных линий фибробластов (L929) и макрофагов (RAW 264.7) мыши. Установлено, что ненагруженные ватеритные контейнеры, а также контейнеры, нагруженные CP и BD с использованием метода ИКА, не оказывают влияния на метаболическую активность клеток L929 при добавлении во всех исследуемых концентрациях, а также при любой длительности инкубации, что свидетельствует о биосовместимости данных носителей. Для контейнеров, нагруженных BD и HB с использованием методов ИКА и копреципитации, наблюдали выраженную взаимосвязь между эффективностью загрузки носителей и их цитотоксичностью. Клетки RAW 264.7 оказались более чувствительны к воздействию всех тестируемых субстанций, в силу более высокой фагоцитарной активностью макрофагов. Проведена оценка эффективности интернализации ватеритных контейнеров, нагруженных ГКС различного класса, с использованием клеточной линии L929 методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Установлено, что все типы контейнеров успешно захватываются клетками фибробластов, среднее содержание ватеритных носителей в клетках не зависело от класса активности иммобилизованного в их объем ГКС. Получены данные о гематоксичности ватеритных носителей лекарственного вещества с использованием эритроцитов мыши in vitro. Установлено, что добавление лекарственного препарата в свободном виде, а также контейнеров, нагруженных им, в концентрациях менее 10 частиц/клетку не оказывало влияния на целостность мембраны эритроцитов. При добавлении контейнеров в более высоких концентрациях наблюдался гемолитический эффект, связанный с механическим повреждением мембран эритроцитов. Получены данные о возможности исследования кинетики диффузии спиртового раствора ГКС в коже с помощью оптической когерентной томографии и спектроскопии диффузного отражения. Показано, что топическое применение этанола 70%, а также раствора BD в этаноле 70% вызывает диффузию воды в коже во всем зондируемом объеме. При этом, диффузионные потоки воды имеют нетривиальное распределение в пространстве из-за гетерогенности биоткани и влияют на скорость диффузии ГКС в коже. Кроме того, установлено, что характеристическое время диффузии спиртового раствора ГКС в коже превышает время диффузии самого растворителя, независимо от того, применяется ли УЗ воздействие для усиления их проникновения в кожу. Результаты работ по проекту в текущем году опубликованы в виде 2 научных статей в журналах «ACS Infectious Diseases» и «Journal of Materials Chemistry B», индексируемых базами WOS и Scopus (Q1, IF 5.578 и 7.571, соответственно). Кроме того, результаты были представлены на международных и всероссийских конференциях в виде 1 пленарного, 4 устных и 2 постерных докладов, а также в виде online лекции на межуниверситетском междисциплинарном семинаре.

 

Публикации

1. Верховский Р.А., Козлова Н.А., Ленгерт Е.В., Савельева М.С., Макаркин М.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Бучарская А.Б., Терентюк Г.С., Босак И.А., Васильева Н.В., Свенская Ю.И. Cytotoxicity, dermal toxicity and in vivo antifungal effect of griseofulvin-loaded vaterite carriers administered via sonophoresis ACS Infectious Diseases, - (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.3c00084

2. Свенская Ю.И., Ленгерт Е.В., Тараканчикова Я.В., Муслимов А.Р., Савельева М.С.,Генина Э.А., Радченко И.Л., Степанова Л.А., Васин А.В., Сухоруков Г.Б., Цыбалова Л.М. Non-invasive transcutaneous influenza immunization using vaccine-loaded vaterite particles Journal of Materials Chemistry B, 11, 3860–3870 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1039/D2TB02779H

3. - Учёные СГУ стали победителями конкурсов на получение грантов РНФ сайт Саратовского Государственного Университета, - (год публикации - )

4. - Наука на острие перемен Дайджест новостей Российского научного фонда, - (год публикации - )