Новые подходы к системам доставки лекарственных средств и генетического материала в живые клетки

В настоящее время большая часть лекарственных средств доставляются либо путем приема внутрь (как таблетки, порошки или жидкости), либо в виде инъекций. Тем не менее, за последние несколько десятилетий были разработаны новые лекарственные средства, требующие более сложных систем доставки, так как их целью являются отдельные части тела. Одну из трудностей представляет то, что многие новые высокоэффективные компоненты лекарств не могут легко попасть в клеточную мембрану. То же самое относится к вакцинам ДНК/РНК, являющихся новым методом повышения иммунитета против бактериальных, вирусных или паразитических инфекций. Основной принцип заключается в том, что вакцина ДНК/РНК вводится в клетку человека и таким образом передает генетическую информацию, обеспечивая повышение иммунитета. Тем не менее, ДНК/РНК не так легко ввести через клеточную мембрану.

Чтобы решить вопрос транспортировки компонентов лекарственных средств или ДНК/РНК в живые клетки, Химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева (Москва) и Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова в рамках проекта МНТЦ № 3175 разработали специальные молекулы, помогающие процессу транспортировки веществ в клетки.

Команда, работающая над проектом, разработала и синтезировала амфифильные сополимеры, являющиеся частично гидрофобными (нерастворимыми в воде) и частично гидрофильными (растворимыми в воде). Гидрофильная часть – это сополимер, т.е. у полимеров есть разные функциональные группы, одна из групп хорошо взаимодействует с лекарственным средством или фрагментами ДНК/РНК, в то время как другая группа хорошо взаимодействует с мембраной клетки. Эти типы сополимеров формируют емкость наноразмера, называемую мицелла, которая может быть встроена в биоактивные добавки, такие, как компоненты лекарств или фрагменты ДНК/РНК.

Команда, работающая над проектом, успешно сформулировала несколько типов амфифильных сополимеров, работающих как с компонентами лекарственных средств, так и с фрагментами ДНК/РНК (см. изображения). В настоящее время участники ищут промышленных партнеров для разработки этих сополимеров на коммерческой основе.

Результат: Было разработано большое количество новых амфифильных сополимеров «переносящих» компоненты лекарств или фрагменты ДНК/РНК в живые клетки.

Под микроскопом клетки рака молочной железы (a) и флуоресцентное изображение этих клеток, выращенных с флуоресцентно-помеченным противоопухолевым компонентом доксорубицином (doxorubicin). В отсутствии сополимеров (b) доксорубицин не поступает в клетки. Однако в присутствии различных типов разработанных сополимеров (c), (d), (e), (f) поглощение доксорубицина клетками может быть значительно выше, в зависимости от выбранного амфифильного сополимера.

Флуоресцентное изображение клеток рака молочной железы, выращенных с флуоресцентно-помеченным ДНК. В отсутствии сополимеров (a) ДНК едва ли поступает в клетки. Однако в присутствии положительно заряженных сополимеров поступление ДНК в клетки значительно повышается (b).