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 18-73-00224
НазваниеРазработка универсальной микрокапсулы для адресной доставки противоопухолевых препаратов
Руководитель Охохонин Андрей Викторович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл
Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» 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 слова адресная доставка лекарств, транспорт лекарств, нанокапсула, электроаналитические методы, микрофлюидика, онкология, альгинат, магнитные наночастицы, наноразмерный носитель, направленная доставка
Код ГРНТИ31.15.37
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Адресная доставка лекарств (АДЛ) - это совокупность методов, обеспечивающих доставку активных веществ препарата к пораженным болезнью тканям и органам. Например, доставка антидепрессантов в мозг, противовоспалительных средств – в места воспалений, антираковых препаратов – в опухоль и т. д. Главная цель этой технологии - нанести меньший вред здоровым тканям, при этом обеспечить максимальный терапевтический эффект в отношении пораженных тканей.
На текущий момент разработан целый ряд технологий направленного транспорта лекарственных препаратов, подразумевающих использование самых разнообразных приемов – от местного введения лекарств до их модификации и заключения в капсулы и оболочки. [1. B. Chen, W. Dai, B. He, H. Zhang, X. Wang, Y. Wang, Q. Zhang, Current Multistage Drug Delivery Systems Based on the Tumor Microenvironment // Theranostics. 7 (2017) 538–558. doi:10.7150/thno.16684. 2. Y. Wang, M.R. Newman, D.S.W. Benoit, Development of controlled drug delivery systems for bone fracture-targeted therapeutic delivery: A review, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 127 (2018) 223–236. doi:10.1016/j.ejpb.2018.02.023.]. Тем не менее, большинство предлагаемых носителей препаратов, например, белковые векторы, наночастицы, искусственные микро- и нанокапсулы) не получили до сих пор широкого внедрения в клиническую практику из-за значительной трудоемкостью их производства, ограничениями по диапазону и количеству связываемых лекарств, высокой стоимостью, а в ряде случаев – токсичности и иммуногенности.
Соответственно, основная научная проблема состоит в необходимости создания новых универсальных методик адресной доставки лекарств.
Основная научная проблема состоит в необходимости создания новых универсальных методик адресной доставки лекарств. Решение этой проблемы позволит сконцентрировать усилия ученых на повышении эффективности самих противоопухолевых препаратов, при этом вопрос выбора способа доставки будет в большом числе случаев решен еще на ранних стадиях заболевания. Таким образом сократиться время и стоимость лечения, повысится его безопасность.
Онкологические заболевания относятся к основным социально-значимым заболеваниям, входящих в утвержденный перечень (в ред. Постановления Правительства РФ от 13.07.2012 N 710), таких как диабет и сердечно-сосудистые заболевания. Следовательно, основополагающей задачей практического здравоохранения является предотвращение этих заболеваний и борьба с факторами, которые способствуют их развитию, проведение ранней диагностики и своевременное лечение. Существенно приблизиться к решению вышеуказанных задач позволит создание универсальной микрокапсулы для адресной доставки противоопухолевых препаратов.
На текущий момент разработан целый ряд технологий направленного транспорта лекарственных препаратов, подразумевающих использование самых разнообразных приемов – от местного введения лекарств до их модификации и заключения в капсулы и оболочки. Тем не менее, большинство предлагаемых носителей препаратов, например, белковые векторы, наночастицы, искусственные микрокапсулы) не получили до сих пор широкого внедрения в клиническую практику из-за значительной трудоемкостью их производства, ограничениями по диапазону и количеству связываемых лекарств, высокой стоимостью, а в ряде случаев – токсичности и иммуногенности. Преодоление указанных ограничений приведет к значительному прорыву в направленном транспорте лекарств и персонализированной медицине, к более успешной борьбе с онкологическими заболеваниями и спасению многих жизней. Таким образом задача, на решение которой направлен данный проект, состоит в разработке способа создания на основе биосовместимых материалов универсальных, простых и дешевых в производстве нанокапсул с внедренным лекарством, выделяющих лекарственный препарат непосредственно в опухоль, не затрагивая здоровые ткани, а также в разработке методики оценки скорости выделения лекарства для контроля эффективности разработанной системы АДЛ. Универсальность при этом заключается в широком диапазоне инкапсулируемых препаратов и типов опухолей.
Научная новизна поставленной задачи заключается в проведении фундаментальных исследований процессов внешнего стимулирования нанокапсул, запускающего ее распад, самого процесса распада нанокапсулы, процесса высвобождения и движения лекарства, его концентрации в месте опухоли. Результаты данных исследований будут положены в основу разработки систем АДЛ для тех лекарств и типов опухолей, для которых предлагаемый способ будет неприменим (например, для меланомы).
• Впервые предложено использовать эффект Варбурга, а именно повышенное выделение лактата раковыми клетками в процессе их метаболизма, для запуска процесса распада нанокапсул. Эффект Варбурга наблюдается при разнообразных типах рака, при этом количество выделяющегося лактата зачастую в 200 раз больше, чем в здоровых тканях. Таким образом избыток лактата в соответствии с эффектом Варбурга может стать универсальным стимулом для запуска распада нанокапсулы. При этом лактата в здоровых тканях будет для этого недостаточно. Для реализации этого подхода на поверхности нанокапсулы будет иммобилизирован фермент лактатоксидаза, катализирующий окисление лактата до пирувата и пероксида водорода, который впоследствии разрушает альгинатный гель.
• Впервые предложена структура нанокапсулы, состоящей из ферромагнитного ядра, оболочки из сшитого ионами трехвалентного железа альгината и внедренным лекарством, и иммобилизированного фермента лактатоксидазы. Такая структура обеспечит эффективный транспорт за счет малых размеров и возможности манипуляции с помощью внешнего магнитного поля.
• Впервые будет изготовлено компактное микрофлюидное устройство, имитирующее здоровый и пораженный опухолью орган, для изучения работы нанокапсул в условиях кровотока.
• Впервые предложен способ внедрения лекарства в систему АДЛ, а именно – предварительная иммобилизация лекарства на инертных наночастицах оксида кремния, которые затем, в свою очередь, иммобилизируются в альгинатной оболочке ферромагнитного ядра. В результате будет получен надежный способ фиксирования лекарства внутри нанокапсулы, который позволит эффективно доставлять его в опухоль.
• Впервые будут получены данные о стабильности нанокапсул в условиях здоровых тканей и в условиях опухоли, скорости и динамике их распада, влиянии на этот параметр скорости выработки раковыми клетками лактата, скорости потока крови или лимфы.
Достижимость решения поставленной задачи обуславливается имеющимся научным заделом и результатами, ранее полученными руководителем проекта и описанными в п. 4.8, которые говорят о принципиальной возможности создания таких структур.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ