Разработка новых эффективных систем адресной доставки лекарственных средств является одним из наиболее перспективных путей совершенствования лечения социально значимых заболеваний. Совместная работа ученых из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН), Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН), Томского государственного университета совместно с иностранными коллегами из Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного (ИМВ НАНУ) и Лондонского университета королевы Марии при поддержке РНФ представляет инновационный подход к производству композитных микрокапсул с усиленными защитными функциями. Статья, посвященная этой разработке, была опубликована в майском номере журнала ACS Applied Materials & Interfaces.

Многие лекарственные средства, попадая в наш организм, подвергаются воздействию различных агрессивных для них веществ, из-за чего значительно уменьшается их эффективность. По этой причине приходится повышать дозировку лекарств. Некоторые из них имеют ряд нежелательных побочных эффектов, а есть и такие, которые очень токсичны для организма, например, химические вещества, с помощью которых борются со злокачественными опухолями. Выходом из этого положения является адресная доставка фармацевтических препаратов непосредственно к органу, который необходимо излечить. Делают это с помощью микрокапсул, обеспечивающих защиту лекарственных средств при доставке в целевую зону через агрессивные среды. Более того такие микрокапсулы предоставляют возможность контролируемого высвобождения их содержимого.

В настоящее время существуют различные варианты подобных микрокапсулы. Одна из наиболее перспективных разработок — полиэлектролитные микрокапсулы. Они формируются следующим образом: на кальций-карбонатную подложку поочередно наслаиваются полимеры, имеющие разный заряд. При 6-8 слоях полиэлектролитов капсулы становятся стабильными — они сохраняют свою структуру после удаления кальций-карбонатной подложки и могут быть использованы как микроконтейнеры. Однако полиэлектролитная оболочка микрокапсул обеспечивает только «пассивную» защиту инкапсулированных веществ, неспособную противостоять агрессивным средам. В новой работе ученые предложили в качестве одного из слоев полиэлектролита использовать наночастицы диоксида церия, обладающие уникальными антиоксидантными свойствами. Раннее они уже продемонстрировали, что эти наночастицы нетоксичны для нормальных клеток млекопитающих и обладают большим терапевтическим потенциалом.

Ученые заключали в полиэлектролитную капсулу со слоем из наночастиц диоксида церия биолюминесцентный фермент люциферазу и проверяли, сохранится ли активность белка после обработки таких капсул агрессивным агентом — перекисью водорода в высокой концентрации. Исследователи выяснили, что защитный эффект зависит от содержания диоксида церия в оболочке. Варьируя концентрацию наночастиц на поверхности микрокапсулы, можно контролировать уровень экранирования ядра с действующим веществом — от фильтрации активных форм кислорода до их полной блокировки.

Схема «активной» защиты наноинженерных полиэлек...

Схема «активной» защиты наноинженерных полиэлектролитных капсул. Слева: перекись водорода проникает в оболочку и разрушает люциферазу в ядре микрокапсулы. Справа: наночастицы диоксида церия предотвращают попадание перекиси водорода в ядро микрокапсулы, разлагая его на поверхности микрокапсулы. Рисунок предоставлен Антоном Поповым.

Научный сотрудник Лаборатории роста клеток и тканей ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Антон Попов рассказывает: «Мы провели комплексный анализ физико-химических свойств микрокапсул с наночастицами диоксида церия и инкапсулированной люциферазой и показали, что они легко воспринимаются нейрональными клетками крыс. Эти микрокапсулы нетоксичны и способны защитить клетки от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода».

В своей работе ученые показали, что активная защита микрокапсулированных веществ наночастицами диоксида церия весьма перспективна для разработки новых систем доставки лекарственных средств и для диагностики различных заболеваний, в том числе и в агрессивных средах.

Источник: A.Popov, N.Popova, D.J. Gould, A.Shcherbakov, G.Sukhorukov, and V.Ivanov. Ceria Nanoparticles-Decorated Microcapsules as a Smart Drug Delivery/Protective System: Protection of Encapsulated P. pyralis Luciferase. ACS Appl Mater Interfaces. 2018 May 2;10(17):14367-14377

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b19658

Материал подготовила:

Татьяна Перевязова

Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm