В ИТМО разработали первую систему доставки лекарств для селективной терапии меланомы

Меланома — один из самых агрессивных и быстро метастазирующих видов рака. По данным Всемирной организации здравоохранения за 2022 год, было обнаружено более 1,5 млн новых случаев заболевания, и умерло почти 60 тысяч человек в мире. Одна из схем лечения меланомы — традиционная химиотерапия. Прием противоопухолевых препаратов останавливает рост, развитие и деление клеток, но при этом под удар попадают как злокачественные клетки, так и здоровые.

Альтернативой синтетическим противоопухолевым препаратам в терапии меланомы могут стать природные биологически активные соединения. Например, куркумин — полифенол, основной компонент куркумы (Curcuma longa), который ингибирует рост, инвазию и метастазирование различных видов рака, способствует апоптозу (запрограммированному самоуничтожению клетки ― прим. ред.) раковых клеток и уменьшает окислительный стресс, который вызывает повреждения в ДНК и мутации. Усниновая кислота, природное соединение, содержащееся в некоторых видах лишайников, обладает противовоспалительным, антибактериальным, противовирусным, противораковым, антиоксидантным и фотозащитным действием, а также снижает жизнеспособность клеток меланомы и усиливает активность некоторых противоопухолевых препаратов (например, доксорубицина).

Однако куркумин и усниновая кислота — гидрофобные биологически активные соединения, обладающие плохой растворимостью в воде и низкой биологической доступностью. Чтобы повысить их эффективность, ученые инкапсулируют гидрофобные соединения, то есть «загружают» их в гидрофильную полимерную матрицу, например, на основе природных полимеров. При этом на работу системы доставки и ее эффективность влияет молекулярная масса полимера. Эксперименты в этой области позволят создать оптимальную рецептуру системы, которая повысит эффективность и безопасность терапии. Ранее исследователи из ИТМО первыми в мире представили нановолокна на основе гиалуроновой кислоты, содержащие куркумин и усниновую кислоту без использования дополнительных полимеров и катализирующих агентов, большинство из которых токсичны.

Ученые ИТМО продолжили работу в этом направлении и совместно с научной группой из Балтийского федерального университета им. И. Канта разработали полимерную систему доставки лекарств для селективной терапии меланомы. Это тонкая пленка на основе гиалуроновой кислоты, в которую «загружены» природные биологически активные соединения — куркумин и усниновая кислота.

«Мы обнаружили синергизм двух биологически активных агентов и селективность их действия против двух клеточных линий, а именно CVCL-7036 (беспигментная или амеланотическая меланома) и SK-MEL 28 (слабопигментированная меланома). При этом полимерные пленки не навредили здоровым клеткам кожи (кератиноцитам HaCaT) — наоборот, помогли ускорить процессы заживления», - рассказала руководитель научной группы БФУ им. Канта, заведующий Лабораторией биомедицинских приложений Екатерина Левада.

Система модельная — в нее можно «загрузить» другие фармакологически активные агенты с противоопухолевыми, противовоспалительными, антибактериальными и другими свойствами и использовать для широкого круга терапевтических задач.

«Особенностью системы является ее "модельность", то есть способность к загрузке любыми биологически активными соединениями, как гидрофильными, так и гидрофобными. Еще одна особенность разработки в том, что мы не использовали токсичные катализирующие агенты (такие как 1,3-дициклогексилкарбодиимид или 4-диметиламинопиридин) и токсичные растворители в составе полимерных пленок, что гарантирует полную биосовместимость и нетоксичность для живого организма», — рассказал руководитель исследования, старший научный сотрудник Института перспективных систем передачи данных ИТМО Петр Снетков.

Для создания полимерных пленок ученые экспериментально определили оптимальное соотношение исходных компонентов в системе, а также подобрали молекулярную массу гиалуроновой кислоты. Тест на цитотоксичность показал селективность действия пленок в отношении клеток меланомы, безопасность в отношении здоровых клеток, а тест на миграционную активность доказал способность системы к заживлению раны.

«Мы использовали две марки гиалуроновой кислоты, имеющих молекулярную массу 1,3 и 2,5 мегадальтон, и "загрузили" в полимерную матрицу куркумин и усниновую кислоту. Тест на цитотоксичность показал, что система, содержащая только куркумин, не проявила противоракового эффекта в отношении клеток SK‑MEL 28, но подавила рост клеток линии CVCL‑7036. При сочетании куркумина с усниновой кислотой противоопухолевый эффект в отношении SK‑MEL 28 был наиболее выраженный, что подтверждает синергизм действия. При этом образцы пленок с наиболее высокой молекулярной массой сильнее всего подавляли жизнеспособность клеток меланомы обеих линий» — отметила один из авторов исследования, лаборант Института перспективных систем передачи данных ИТМО Полина Сербун.

Пленки потенциально можно применять как в качестве местного терапевтического средства, так и в дополнение к основному курсу лечения. Например, при химиотерапии разработка поможет снизить дозировку и, соответственно, системные побочные эффекты. Еще один вариант — в качестве регенерирующего средства после хирургической операции по иссечению меланомы. В этом случае можно будет наложить повязку с гибкой полимерной пленкой на место удаления опухоли: пленка ускорит заживление хирургических повреждений и, одновременно, предотвратит миграцию раковых клеток, которые могли остаться на месте раны.

«Наши пленки достаточно эластичные, их можно накладывать прямо на пораженный участок как самостоятельное средство, или они могут выступать в качестве активного слоя в составе повязки, по аналогии, например, с бактерицидной подушечкой на пластыре. Но пленки – это не единственная форма выпуска. Разработанная нами методика позволяет также изготавливать нановолокна, наночастицы и гели, то есть можно выбрать подходящий вариант при терапии меланомы для каждого отдельного клинического случая», — подчеркнул один из авторов исследования, инженер Института перспективных систем передачи данных ИТМО Роман Шайкенов.

Ученые продолжат эксперименты. Во-первых, предстоит убедиться в нетоксичности и безопасности полимерных пленок для других здоровых клеток, например фибробластов. Во-вторых, изучить эффективность пленок на животных моделях, в том числе оценить способность биологически активных агентов проникать в глубокие слои кожи. В-третьих, выяснить механизм возникновения синергетического эффекта, а также — как агенты избирательно воздействуют на клетки меланомы и остаются безопасными для здоровых клеток.

Исследование поддержано грантом РНФ №24-23-00269