В МАИ разработали и испытали «умные» наноконтейнеры для адресной доставки лекарств в организм

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

Учёные Московского авиационного института создали инновационную комплексную систему адресной доставки лекарств к очагу патологического процесса. Так называемые стимул‑чувствительные нанокомпозиты повысят эффективность лечения хронических и онкологических заболеваний, снизив побочные эффекты от приёма препаратов и увеличив продолжительность контролируемого поступления лекарств непосредственно к нужным клеткам.

– Наша разработка решает две ключевые проблемы. Первая – неконтролируемая доставка, когда лекарства разносятся кровотоком по всему организму, поражая не только больные, но и здоровые клетки, вызывая тяжёлые побочные эффекты. Вторая – быстрое выведение препаратов из организма вследствие распознавания иммунной системой чужеродных веществ. Стимул‑чувствительные системы позволяют осуществлять контролируемую доставку препарата, снижая токсическое воздействие, как экстренно – например, при инфарктах, так и пролонгированно – при терапии хронических заболеваний, – рассказал соавтор проекта, ассистент кафедры 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ, кандидат химических наук Артур Дзеранов.

Технология основана на применении магнитных наночастиц, покрытых специальным химическим составом и лекарством. Они заключаются в материал из кремнезёма с микроскопическими порами, работающий как контейнер. Под воздействием внешнего магнитного поля носитель «направляется» точно к опухоли или другому очагу болезни. В воспалённом участке тканей кислотность среды снижается, что приводит к раскрытию пор и высвобождению лекарства.

Поверхность контейнеров имеет отрицательный заряд – как у компонентов крови. Это позволяет им «маскироваться», избегая быстрого захвата клетками иммунной системы и вывода из организма.

Ещё одна особенность системы – способность узнавать маркеры воспаления, так как в поражённых тканях меняется химический состав, и запускать там процесс выделения активных форм кислорода – токсичных молекул, уничтожающих больные клетки изнутри. 

Для оптимизации свойств нанокомпозитов коллектив МАИ применяет методы машинного обучения, которые позволяют максимально точно подбирать состав и архитектуру частиц (величину, форму, структуру) и их оболочки (толщину, размер и форму пор). Благодаря этому учёные могут настраивать скорость высвобождения лекарства и добиваться более точной адресной доставки препарата в нужный орган.

Над проектом работает междисциплинарная команда МАИ под руководством доктора химических наук, профессора Камили Кыдралиевой. К исследованиям привлечены специалисты из лаборатории экспериментальной патологии НИИ им. Н.И. Склифосовского, лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН, лаборатории металлополимеров ФИЦ ПХФ и МХ РАН, кафедры радиохимии МГУ, лаборатории механизмов реакций ИНЭОС РАН, отдела биотехнологий «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ МИСИС.

– В мире ведутся работы в области стимул-чувствительных систем. Однако многие лаборатории разрабатывают или только магнитные частицы, или только pH-чувствительные полимерные контейнеры. Уникальность нашей разработки – в комбинаторике и управлении архитектурой. Вариативность порядка введения компонентов и их соотношения позволяет нам получать системы разной архитектуры и радикально менять свойства конечного продукта под конкретную задачу. Использование методов машинного обучения для прогнозирования свойств таких сложных гибридных систем – это шаг к ускорению разработки, что пока редкость в лабораторной практике, – уточнил Артур Дзеранов.

Сейчас проект находится на стадии доклинических исследований. Уже исследован модельный препарат на основе широко распространённого антибиотика ципрофлоксацина. Тесты показали, что синтезированные системы доставки лекарств оказались эффективнее чистого ципрофлоксацина против кишечной палочки и других бактерий. В ближайших планах – изучить стабильность нанокомпозитов в различных биологических средах, в том числе в присутствии белков, а также расширить линейку лекарственных препаратов, которые можно доставлять с помощью новой системы.