Разработка методов получения адаптивных композиционных наноматериалов с изменяющимися под воздействием внешних факторов функциональными свойствами

В последние годы синтез наночастиц и исследование их необычных свойств привлекли внимание ученых во всем мире. Интерес к наночастицам возникает, поскольку механические, химические, электрические, оптические, магнитные, электрооптические и магнито-оптические свойства этих частиц сильно зависят от размера частиц.

Недавно было найдено, что магнитные наночастицы можно применять для молекулярной визуализации, которая позволяет следить за поведением веществ и процессов в клетке. В настоящее время известно большое количество субстратов для биоконъюгации, которые используются в качестве контрастирующих агентов для многих физиологических процессов и применяются в клинической практике для визуализации процессов в печени и селезенке, воспалительных процессов в организме, апоптоза, и многих сердечно-сосудистых заболеваний.

Эффективность лечения большинства социально значимых заболеваний человека, и онкологических болезней, в том числе, определяется точностью диагностики и возможностью реализации принципа адресной терапии патологического очага с минимальным воздействием на неповрежденные клетки и ткани. Дополнительные преимущества могут быть также получены при осуществлении визуального контроля за процессом терапии (технологии биоимиджинга). Перечисленные выше подходы могут быть одновременно реализованы в результате создания бифункциональных материалов, сочетающих функции диагностикума (сенсора) клеток-мишеней и терапевтического агента, избирательно накапливающегося в этих клетках.

Перспективным объектом исследований в этой связи являются функционализированные (модифицированные, гибридные) наночастицы и наноматериалы с контролируемыми геометрическими и оптическими характеристиками. На их основе, в частности, активно и успешно разрабатываются средства диагностики, фотодинамической и фототермической терапии онкологических заболеваний. При этом основной задачей является модификация наночастиц с целью уменьшить их общую неспецифическую токсичность для организма и обеспечить оптимальное биораспределение в клетках и тканях, создав их наибольшую концентрацию в патологическом очаге и избежав преимущественного накопления в фагоцитах ретикулоэндотелиальной системы, что достигается созданием различных покрытий (оболочек) и комплексов с «адресными» молекулами, взаимодействующими с определенными молекулярными мишенями, локализованными на целевых клетках.

Так как одним из основных неинвазивных методов диагностики опухолевых заболеваний, включая их осложнения в виде метастазов, является магнитно-резонансная томография (МРТ), в центре внимания исследователей находятся наночастицы и наноматериалы на основе соединений, способных быть контрастированными этим методом, в частности, магнитные наночастицы на основе железа или его оксидов. Типичные значения релаксивности для магнитных наночастиц на порядок выше, чем соответствующие значения для используемых повсеместно в клинике контрастных агентов на основе хелатных комплексов гадолиния, что позволяет контрастировать опухолевые клетки с помощью существенно более низких доз диагностического препарата.

Научно-технический центр «БиоКлиникум» является исполнителем соглашения о предоставлении субсидии от 21 октября 2014 г. № 14.576.21.0056 по теме: «Разработка методов получения адаптивных композиционных наноматериалов с изменяющимися под воздействием внешних факторов функциональными свойствами».

Проект направлен на решение актуальной научной проблемы – разработки состава и технологий получения новых адаптивных композиционных наноматериалов (далее АКНМ) на гибридной основе с наполнителями для создания бифункциональных материалов. Создание нового технологического подхода получения на основе разрабатываемых АКНМ прототипов бифункциональных материалов, предназначенных для использования в практическом здравоохранении, сочетающих функции диагностикума (сенсора) клеток-мишеней и терапевтического агента, избирательно накапливающегося в клетках-мишенях.

На первом этапе работ была разработана методика получения и получены экспериментальные образцы АКНМ со свойствами пассивной доставки к клеткам-мишеням. Проведено сравнительное исследование разрабатываемых образцов магнетита in vitro.

В ходе выполнения этапа № 2 в период с 01 января 2015 г. по 30 июня 2015 г. соглашения о предоставлении субсидии от 1 октября 2014 г. № 14.576.21.0056 по теме: «Разработка методов получения адаптивных композиционных наноматериалов с изменяющимися под воздействием внешних факторов функциональными свойствами» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» выполнены следующие работы:

На третьем этапе успешно проведен синтез экспериментальных образцов АКНМ с терапевтическим агентом, проведен анализ стабильности полученных образцов и выбраны наиболее стабильные.

Исследованы свойства АКНМ на опухолевых клетках в раздельных ячейках микробиореактора «Гомункулус». В результате проведенного исследования была показана высокая агрегационная стабильность образцов АКНМ и проведено исследование воздействия АКНМ на культуры клеток в различных ячейках микробиореактора Гомункулус. Показано снижение жизнеспособности клеток в результате воздействия по сравнению с контролем.

Проведено сравнение ковалентного и нековалентного способа присоединения терапевтического агента к АКНМ. Использование метода нековалентной модификации позволяет получать АКНМ с высокой загрузкой доксорубицином и более быстрым высвобождением препарата по сравнению с ковалентной модификацией.

Проведено экспериментальное in vitro исследование свойств АКНМ с терапевтическим агентом на опухолевых клетках при воздействии магнитного поля разной интенсивности. Найдено, что клетки линии THP1 более чувствительны к воздействию АКНМ, чем клетки линии A172. Облучение АКНМ переменным магнитным полем значительно ускоряет высвобождение доксорубицина с поверхности – без магнитного поля доксорубицин практически равномерно распределен по цитоплазме, после облучения магнитным полем он в основном визуализируется в ядрах обеих клеточных линий.

Дополнительные патентные исследования показали соответствие используемых технологий мировому уровню и патентоспособность изобретения. Ключевыми объектами патентования в данном исследовании являются конечные АКНМ, которые представляют собой наночастицы магнетита, покрытые полимерной оболочкой, содержащей молекулы векторного и терапевтического препарата (вискумин и доксорубицин, соответственно). На данный момент нет патентов, которые бы описывали полный синтез и свойства аналогичных АКНМ.

Успешное выполнение третьего этапа работ позволяет продолжить исследования и приблизится к решению задачи – разработка АКНМ обладающих свойствами связывания с поверхностью опухолевых клеток и содержащих терапевтический агент.

На этапе №4 был получен по разработанной ранее методике синтеза образец АКНМ №1 (33,2 мг), содержащий в своем составе векторный фрагмент (вискумин) и терапевтический агент (доксорубицин). Был разработан лабораторный технологический регламент получения АКНМ, позволяющий получать образцы в количестве необходимом для проведения доклинических исследований.

Была разработана Программа и методика исследовательских испытаний образца АКНМ, включающая как физико-химические методы анализа, так и анализы in vitro. Показано соответствие образца по размеру, стабильности, заряду и т.п. требованиям ТЗ. Были проведены экспериментальные in vivo исследования свойств АКНМ с терапевтическим агентом при внутриопухолевом введении иммунодефицитным мышам линии SCID (SHO Mouse, Crl:SHO-PrkdcscidHrhr) с привитой в область абдоминальной (брюшной) молочной железы опухолью молочной железы человека (линия MDA-MB-231). Показана локализация образца АКНМ в опухоли и проведено имуногистохимическое окрашивание срезов опухоли.

Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту будет осуществлено на последующих этапах реализации проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

На заключительном этапе №5 было проведено обобщение полученных результатов исследования.

Разработаны проекты бизнес-плана и маркетингового исследования для дальнейшей коммерциализации полученных результатов.

Разработан проект технического задания на ОТР по теме: «Разработка технологии промышленного производства АКНМ и метода контроля качества препарата в поточном режиме».

Подготовлены три публикации по результатам проекта:

  1. Рецепторы эритроцитов определяют распределение галактозо-специфического лектина вискумин при внутривенном введении. Мальцева Д.В., Кондрашина О.В., Никулин С.В., Солопова О.В., Герасимов В.М., Сахаров Д.А.;
  2. Биораспределение галактозо-специфического лектина вискумин при подкожном введении у мышей и моделирование эндоплазматического стресса in vitro Мальцева Д. В., Крайнова Н. А., Хаустова Н.А., Никулин С.В., Тоневицкая С.А., Полозников А.А.;
  3. Особенности элиминирования ферромагнитных наночастиц, покрытых вискумином, из опухолевого узнала у мышей, Мальцева Д.В., Никулин С.В., Сергеева Н.С., Тоневицкая С.А., Герасимов В.М., Сахаров Д.А.

Статьи поданы и приняты к печати в журнал «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины».

Поданы две заявки на получение патента по темам:

  1. 2016152524 Способ получения растительного лектина ML1 из омелы белой и фармацевтическая композиция на его основе;
  2. 2016152532 Способ определения давления в опухоли.

 

  • НТЦ «БиоКлиникум»
  • ©2011—2017

Контакты

  • Тел.: +7 495 665-33-49
  • Факс: +7 495 665-61-89
  • 115088 Россия, Москва,
    ул. Угрешская, д. 2, стр. 85 «IQ-Park»