Сквозь барьеры: учёные России и Германии протестировали на крысах новый способ адресной доставки лекарственных веществ для лечения глазных болезней | Популярный Университет

Сквозь барьеры: учёные России и Германии протестировали на крысах новый способ адресной доставки лекарственных веществ для лечения глазных болезней

Многие лекарственные вещества, потенциально эффективные для терапии глазных заболеваний, на практике не оказывают ожидаемого терапевтического эффекта. Это может быть связано как с отсутствием подходящей лекарственной формы (например, ввиду низкой растворимости веществ в воде), так и с наличием гематоретинального барьера, препятствующего проникновению различных веществ из кровотока в сетчатку. Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева и институтов Германии разработали систему адресной доставки подобных лекарственных веществ и опробовали её эффективность на крысах. Эксперименты показали, что через 15 минут после инъекции полимерных наночастиц, наполненных модельным действующим веществом кумарином-6, большая часть этого вещества проходит через барьер и распределяется по сетчатке глаза крысы. Работа опубликована в European Journal of Pharmaceutical Sciences, а учёные планируют расширить этот подход для доставки лекарств в мозг и лечения нейродегенеративных заболеваний.

C помощью технологии адресной доставки можно значительно повысить количество лекарства, которое попадает непосредственно в больной орган или ткань, что увеличивает эффективность терапии и снижает общую нагрузку на организм. Больше всего ожиданий от этого подхода связано с лечением онкологических заболеваний, но есть и многие другие болезни, где адресная доставка лекарств может быть очень полезна. Например, это различные глазные болезни — глаукома, ишемия сетчатки глаза, повреждение оптического нерва и другие. У многих веществ, потенциально эффективных для лечения этих заболеваний, очень низкая растворимость в воде и поэтому для них сложно сделать подходящую лекарственную форму. Другая проблема — гематоретинальный барьер, естественная защита организма, которая ограничивает проникновение «ненужных» молекул через стенки кровеносных сосудов в ткань сетчатки.

Возможное решение этих проблем — использование в качестве носителей лекарств небольших частиц (наночастиц), способных пройти через барьер. Молекулы лекарств при этом заключены в наночастицы, которые, попав в организм, постепенно деградируют — распадаются на нетоксичные метаболиты. С помощью такой «упаковки» можно получить наноразмерную форму лекарственного вещества, которая будет с одной стороны водосовместима, то есть позволит обойти ограничение по растворимости, а с другой стороны может адресно доставить нужное количество молекул прямо к мишени. 

«Труднорастворимые вещества можно включать в наночастицы, состоящие из биодеградируемых полимеров, а потом водные дисперсии этих наночастиц использовать в качестве инъекционных лекарственных форм, удобных для внутривенного введения», — комментирует Светлана Гельперина, один из авторов работы, профессор кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов РХТУ. — «Этот подход мы использовали в новой работе и надеялись, что наночастицы будут проникать в сетчатку. Но этого не произошло, они остались ассоциированными со стенками сосудов. При этом главное, что включенное в наночастицы модельное вещество очень эффективно проникало в сетчатку. Мы это наблюдали и фиксировали в реальном времени, это означает, что наш подход работает и, таким образом, мы сможем доставлять и лекарственные вещества к сетчатке».

Самоотверженные наночастицы

Чтобы понять принципиальные возможности подхода учёные работали не с лекарственными веществами, а с модельным веществом кумарином-6 — красителем, который часто используют в биомедицинских экспериментах. Кумарин-6 очень ярко флуоресцирует, что позволяет легко отслеживать его концентрацию и распределение в живых тканях с помощью флуоресцентной микроскопии, фиксирующей интенсивность свечения кумарина. При этом кумарин-6 очень плохо растворим в воде, так что он может служить моделью многих малорастворимых в воде лекарственных веществ.

Для того чтобы сделать наночастицы, наполненные модельным веществом, учёные проводили многостадийное эмульгирование (смешивание) сополимеров молочной и гликолевой кислот с кумарином-6 и органическими растворителями. В результате получались однородные наноэмульсии, не расслаивающиеся с течением времени. Далее из них удаляли органические растворители и отфильтровывали, получая водную дисперсию наночастиц с включёнными внутри молекулами кумарина-6.

«Такой метод получения наночастиц и мы, и многие другие исследователи применяют уже много лет. Сополимеры молочной и гликолевой кислот — это биодеградируемые фармацевтические полимеры, они производятся фармацевтическими компаниями и используются как безопасные вспомогательные вещества в различных инъекционных формах, за это их и любят исследователи», — рассказывает Светлана Гельперина. «Поскольку наше трудно растворимое в воде модельное вещество [кумарин-6] присутствует в среде в процессе формирования наночастиц, то оно, «прячась» от воды, оказывается «заключённым» в ядро частицы. При разбавлении наносуспензии, например, при введении её в организм, это модельное вещество начинает высвобождаться из наночастиц под воздействием среды».

Ключевая характеристика таких препаратов адресной доставки — это скорость высвобождения лекарственного вещества в разных условиях или, как говорят учёные, профиль его высвобождения. Важно, чтобы высвобождение вещества проходило с нужной скоростью и наночастица, попав в кровоток, все-таки успела добраться до цели, и высвободить основную концентрацию вещества именно там.

Заглянуть в глаза

Исследователи проводили проверочные эксперименты на лабораторных крысах. После небольшой дозы анестезии животным вводили в хвостовую вену суспензию наночастиц, а потом фиксировали положение их глаза, чтобы в реальном времени отследить поведение кумарина-6 в сетчатке с помощью установки ICON (англ. In vivo Confocal Neuroimaging — прижизненная конфокальная нейровизуализация).

Рисунок 1. Проведение эксперимента по исследованию глаза крысы на установке ICON. Изображение предоставлено авторами исследования

«Это уникальная установка, которая позволяет заглянуть в глаз живой крысе, увидеть и измерить распределение модельного вещества в сетчатке и соседних сосудах», — отмечает Светлана Гельперина. — «Установка представляет собой микроскоп, оснащенный источником возбуждения и регистрации флуоресценции, и специальные фокусирующие механизмы. Крыса во время измерений обездвижена, в глаз периодически капают капли, чтобы он не пересыхал, а мы наблюдаем за тем, как частицы циркулируют в крови и что с ними происходит потом».

В результате учёные установили, что наночастицы остаются внутри сосудов и не проходят через барьер. Но кумарин-6, который они выделяют в сосудах, питающих сетчатку, проходит через стенки сосудов в сетчатку глаза и дальше там распространяется. По данным измерений, уже спустя 15 минут после инъекции почти весь кумарин переходит из сосудов и распределяется по сетчатке, что позволяет предположить высокую скорость действия таких препаратов при использовании не модельных, а реальных терапевтических средств в будущем.

Рисунок 2. Распределение концентрации кумарина-6 в глазу крысы в реальном времени: спустя 90 минут после инъекции вещество полностью находится в сетчатке, а не в сосудах (BV). Изображение предоставлено авторами исследования

Предложенный способ адресной доставки лекарств достаточно прост и, по словам учёных, может быть быстро и эффективно масштабирован до создания производственной линии. В дальнейшем исследователи планируют не только продолжать работы с лекарствами для терапии глазных болезней, но и развивать этот подход уже для заболеваний центральной нервной системы, в частности для лечения глиом — опухолей мозга.

Справочная информация

РХТУ им. Д.И. Менделеева — опорный университет химической отрасли России, работа которого направлена не только на получение новых знаний, но и на внедрение их в промышленность. Исследование проведено совместно научными коллективами Кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов и Научно-образовательной лаборатории систем доставки лекарственных веществ РХТУ им. Д.И. Менделеева, Магдебургского Университета им. Отто фон Герике, Института динамики сложных технических систем им. Макса Планка (Магдебург) и клиники Мюнстерского университета при финансовой поддержке гранта Минобрнауки России № 075-15-2020-792.

Статья: Zhang, Enqi, et al. «Exploring the systemic delivery of a poorly water-soluble model drug to the retina using PLGA nanoparticles.» European Journal of Pharmaceutical Sciences (2021): 105905. DOI: 10.1016/j.ejps.2021.105905

Источник иллюстрации к новости: Flickr, Creative commons

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: