В современной онкологии существует острая проблема: эффективность большинства лекарств зависит от вводимой дозы противоопухолевого препарата: в большинстве случаев, чем выше доза, тем эффективнее терапия. Однако рано или поздно наступает предел, когда воздействие лекарства еще недостаточно эффективное, а используемая доза подходит к критической отметке и становится токсичной для организма. Чтобы преодолеть этот барьер, необходимо рационально использовать препарат, доставляя его направленно в очаг заболевания.
Более того, при стандартном подходе большая доза вводимого токсичного противоопухолевого лекарства распространяется по всему организму вместе с кровотоком. Это может создать очередной барьер на пути доставки лекарства в зону интереса: зачастую опухоли представляют собой достаточно плотные образования, а значит, кровоток в них затруднен. Таким образом, при стандартном введении противоопухолевый препарат не всегда может свободно накапливаться в достаточном количестве в области новообразований.
Чтобы обойти эти ограничения, ученые Университета ИТМО взяли за основу принцип «умной» доставки лекарств с помощью стволовых клеток, которые способны к патотропизму, то есть к направленной миграции в очаг новообразования. Понятно, что мигрирующие стволовые клетки невозможно нагрузить напрямую токсичными противоопухолевыми препаратами, так как это может негативно влиять на биологические функции стволовых клеток. Следовательно, противоопухолевые лекарства должны быть сначала изолированы, а затем загружены в стволовые клетки.
Чтобы изолировать и загрузить клетки препаратом, исследователи разработали субмикронные полые носители на основе полимеров и диоксида кремния — полиэлектролитные капсулы (субмикрокапсулы). После того, как лекарства были инкапсулированы, стволовые клетки были модифицированы полученными субмикрокапсулами. Более того, разработанные капсулы были светочувствительными, то есть они были способны разрушаться под действием инфракрасного излучения и дистанционно высвобождать лекарство.
В итоге Олексий и Михаил разработали светочувствительную умную систему для доставки противоопухолевых препаратов в область злокачественных новообразований на основе стволовых клеток, модифицированных капсулами, а в капсулы были инкапсулированы противоопухолевые препараты. Светочувствительность данной разработки позволяла неинвазивно высвобождать лекарство в нужное время и в нужном месте с помощью инфракрасного лазера. Эффективность адресной доставки полученных систем была протестирована на первичных клетках меланомы – модели опухолевых сфероидов, которые были выделены из реальных онкопациентов.
Следующим шагом Олексия и Михаила станут эксперименты на модельных животных in vivo, чтобы продемонстрировать эффективность направленной доставки лекарств в условиях, приближенных к реальным.
Ученые отмечают, что, несмотря на первые успехи, для внедрения разработанных систем в жизнь необходимо проделать сложный путь – множество доклинических и клинических исследований, которые являются времязатратными и дорогими. Тем не менее, это стандартный путь, который проходят все фармпрепараты перед полным их внедрением во врачебную практику. А плодотворное сотрудничество ученых из ИТМО с медиками и биологами из Первого медицинского университета позволит ускорить все стадии испытаний разработанных систем.
Статья: Albert R. Muslimov, Alexander S. Timin, Valery R. Bichaykina, Oleksii O. Peltek, Timofey E. Karpov, Aliaksei Dubavik, Alexandre Nominé, Jaafar Ghanbaja, Gleb B. Sukhorukov, Mikhail V. Zyuzin, Biomimetic drug delivery platforms based on mesenchymal stem cells impregnated with light-responsive submicron sized carriers, Biomaterials Science, 2019.
