Разработка биодеградируемых стимул-чувствительных наночастиц для адресной доставки противоопухолевых препаратов in vivo

Цель: создание нового поколения биодеградируемых стимул-чувствительных векторных наноконтейнерных систем для селективной доставки противоопухолевых препаратов в организме. С одной стороны, внедрение новых наноконтейнерных систем требует использования биосовместимых и биодеградируемых материалов с сохранением характеристик и преимуществ контейнера как носителя лекарства, с другой - для улучшения показателей фармакокинетики и снижения неспецифической токсичности необходимо разрабатывать подходы контроля высвобождения препарата в зависимости от окружения, с сохранением стабильности и удерживания лекарства носителем до попадания в клетки мишени. Эффективность противоопухолевой терапии напрямую зависит от дозы препарата, проникающего непосредственно в малигнизированную ткань, которую можно повысить за счет использования технологий активного транспорта, таких как векторные молекулы. В то же время модификация наноконтейнеров высокоаффинными молекулами не должна приводить к повышению накопления лекарства в печени, почках, сердце, легких и других органах. Использование биодеградируемых наноконтейнеров, конъюгированных с векторными группами и способных контролируемо высвобождать лекарства в клетках-мишенях, позволит увеличить селективность действия лекарств и, таким образом, уменьшить системную токсичность и вводимую дозу препаратов. Основная проблема химиотерапевтического подхода заключается в крайне низкой избирательности действия противоопухолевых препаратов, что значительно ограничивает терапевтическую эффективность. Большая часть цитотоксических препаратов (алкилирующие агенты, антрациклиновые антибиотики и др.) нарушает репликацию ДНК. Как следствие - чрезвычайно высокая общая токсичность, а также органо-ассоциированная токсичность, кардио-, нефро-, гемато-, гепатотоксичность и снижение терапевтического индекса. Таким образом, для препаратов с неизбирательным механизмом действия важное значение будет иметь фармакокинетика и локальная концентрация действующего вещества вблизи клеток мишеней. Проблему низкой специфичности действия большинства лекарственных препаратов, а тем более противоопухолевых препаратов, невозможно переоценить. Множество пациентов умирают или получают необратимые повреждения организма вследствие токсичного действия противоопухолевых препаратов, которые поражают не только опухолевые клетки, но и здоровые клетки и ткани организма. Одним из наиболее агрессивных типов опухолей, поражающих центральную нервную систему, являются глиомы, которые обычно приводят к смерти больного в течение 2 - 5 лет. Мультиформная глиобластома – наиболее быстроразвивающаяся и агрессивная опухоль головного мозга, которая характеризуется быстрым ростом, высокой частотой послеоперационных рецидивов, активным ангиогенезом, инвазивным характером роста, а также резистентностью к химио- и радиотерапии. Средняя продолжительность жизни при мультиформной глиобластоме составляет менее 15 мес. Традиционные противоопухолевые препараты не позволяют контролировать или эффективно сдерживать рост опухолей мозга. Прежде всего это связано с низкой эффективностью проникновения цитостатиков в опухолевую ткань из кровеносного русла. Проблема повышения эффективности химиотерапии остро стоит в случае резистентных фенотипов и поздних стадиях других типов опухолей, в том числе при аденокарциноме молочной железы. Рак молочной железы по-прежнему лидирует в структуре онкологических заболеваний среди женщин. Ежегодно более чем у 1,2 млн женщин диагностируется данный тип новообразования, и с каждым годом этот показатель возрастает. В большинстве случаев эффективность лечения зависит от ранней постановки диагноза, однако со временем опухолевые клетки быстро диссеминируют в лимфатические узлы и метастазируют, образуя вторичные очаги в легких, печени, костной ткани и других органах. На этапе метастазирования, когда полное хирургическое удаление уже невозможно, необходимо применять подходы адресной химиотерапии. Таким образом, создание наноконтейнерных систем для направленной терапии является актуальной задачей современной онкологии. Подход к решению этой задачи основан, во-первых, на проникновении наноконтейнеров через гиперпроницаемые неопластические сосуды в опухолевую ткань, и, во-вторых, на избирательном взаимодействии векторной группы с антигенами, презентированными на клетках мишенях. Адресные системы доставки лекарств позволят в разы уменьшить системную токсичность препаратов и увеличить эффективность лечения и качество жизни пациентов. В последние годы четко обозначилась тенденция к разработке биодеградируемых наноматериалов, которые могут быть использованы для доставки как лекарственных, так и диагностических препаратов в клетки или органы-мишени при различных патологиях (например, онкологические заболевания, артрит, воспалительные процессы, очаги некроза и др.). Однако актуальной остается задача вывода наноконтейнеров из организма после выполнения их функций, поэтому необходимо создание систем, продукты разложения которых нетоксичны и легко выводятся из организма. Кроме того, важно разработать такие системы, которые способны обратимо откликаться на небольшие внешние воздействия (температура, ионная сила, рН, магнитное поле и др.), что позволит контролируемо высвобождать различные противоопухолевые препараты, обладающие высокой системной токсичностью.Проблема создания биодеградируемых наноконтейнеров векторного типа, способных контролируемо высвобождать лекарственные препараты, представляется актуальной, а её решение является ключевым для дальнейшего прогресса в области онкологии за счёт внедрения в клиническую практику наноконтейнерных систем с контролируемой фармакокинетикой. Основной задачей, решаемой в рамках описанной фундаментальной проблемы, является разработка подходов и методов синтеза наноконтейнерных систем нового поколения для доставки противоопухолевых препаратов in vivo, которые будут обладать рядом уникальных преимуществ: биодеградируемость, программируемое высвобождение лекарства, направленный транспорт. Данные наноконтейнеры будут сконструированы таким образом, чтобы высвобождать лекарство и разрушаться при определенных изменениях в окружающей среде (рН, ионная сила, температура, магнитное поле и др.), а также иметь тропность к опухолевым клеткам. Исходя из научной проблемы, конкретными задачами являются: воспроизвести модель экспериментальной глиомы на крысах с помощью стереотаксической имплантации в стриатум клеток C6 глиомы, модель метастазирующей аденокарциномы молочной железы 4Т1 на мышах; разработать методы синтеза биодеградируемых наноконтейнерных систем (наногели, липосомы, наночастицы), конъюгированных с моноклональными антителами к специфическим мишеням (фактор роста эндотелия сосудов - VEGF, его рецептор II типа - KDR); получить гибридомы, продуцирующие моноклональные антитела к KDR; с помощью методов иммунохимической селекции отобрать антитела с наиболее высоким коэффициентом аффинности к антигену; провести иммунохимическую характеристику полученных антител; разработать методы загрузки противоопухолевых препаратов (цисплатин, доксорубицин) в наноконтейнеры и изучить физико-химические свойства полученных систем (оценить степень загрузки препаратов, скорость их высвобождения, доказать чувствительность системы к изменениям в окружающей среде, биодеградируемость и др.); изучить влияние векторной группы на степень захвата данных систем клетками глиомы и аденокарциномы молочной железы in vitro по сравнению с невекторными наноконтейнерами и оценить их цитотоксичность на различных культурах клеток (С6, 4Т1, HEK293); оценить эффективность действия противоопухолевых препаратов, доставленных с помощью векторных наноконтейнеров, по сравнению с препаратами в свободной форме при системном введении на ортотопической модели глиомы С6 и аденокарциномы молочной железы 4Т1 in vivo, оценить селективность доставки и накопления векторных наноконтейнеров в опухолевой ткани, сравнить противоопухолевую активность разработанных систем, а также среднюю продолжительность жизни экспериментальных животных; провести анализ и обобщение результатов; выявить степени общности заключений и выводов, сделанных по результатам экспериментов; дать рекомендации и определить пути дальнейшего развития и использования инновационных наноматериалов в биомедицинских технологиях и практике.