Доставка — клеткой

В статье, представленной в журнале Advanced Healthcare Materials, ученые Исследовательской школы биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) рассмотрели возможность использования различных типов живых клеток для доставки биологически активных соединений, а также представили результаты своих экспериментов. Как отмечают исследователи, использование живых клеток в качестве “троянских коней” для переноса лекарств позволит снизить токсическое воздействие веществ на здоровые ткани организма.

В статье в качестве транспортеров лекарств ученые рассмотрели клетки крови — лейкоциты и нейтрофильные лейкоциты, эритроциты и тромбоциты — а также стволовые клетки. Клетки являются носителями для наокапсул, содержащих необходимые лекарственные соединения. Политехники синтезируют капсулы на основе биоразлагаемых полимеров, полипептидов и полисахаридов. Соединение живой клетки и нанокапсулы может происходить несколькими способами, включая ковалентную сшивку, взаимодействие клеток с носителем посредством антител и интернализацию — фагоцитоз, когда клетка поглощает капсулу.

“Над технологиями адресной доставки лекарств сегодня работают научные коллективы в разных странах, и в широкую медицинскую практику, конечно, они еще не внедрены. Ученые только ищут самые эффективные и безопасные методы. Наш коллектив уже провел большую работу по исследованиям и синтезу нанокапсул, которые можно использовать для доставки. Как одно из перспективных направлений доставки мы рассматриваем использование именно живых клеток в качестве “троянских коней”, переносящих нанокапсулы. За счет естественных механизмов они могут достигать очагов воспаления, опухолей в теле человека, чтобы лекарство действовало именно на пораженные клетки. Это особенно актуально для лечения онкологических заболеваний, при которых используются высокотоксичные препараты, оказывающее негативное влияние на здоровые ткани”, — рассказывает инженер-исследователь Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Александр Тимин.

Управлять такими нанокапсулами, чтобы они “отдавали” лекарство в нужном месте и в нужно время, можно с помощью ультразвука, света либо переменного магнитного поля. Такие технологии также разрабатываются учеными университета. 

“Выбор лекарственного препарата во многом определяется типом носителя. В широком смысле мы можем загрузить любое низкомолекулярное соединение — противоопухолевые и антимикробные препараты — а также высокомолекулярные соединения — генетический материал, например, в виде одноцепочных РНК, матричных РНК и ДНК, — поясняете ученый. — После процесса инкапсулирования биологически активных веществ внутрь микроносителя мы инкубируем наши носители с клетки в течение суток, что приводит к захвату капсул клетками, после чего мы можем ввести клетки с капсулами в организм, где они должны мигрировать в очаг опухоли или воспаления. Далее мы можем дистанционно воздействовать на место поражения, что приведет к высвобождению лекарства в необходимое место”.

Как показали эксперименты политехников, наиболее эффективно роль “транспорта” выполняют лимфоциты, в том числе и нейтрофилы, а также стволовые клетки.

“У лимфоцитов хорошая миграционная способность, они мигрируют к воспалительным очагам. Кроме того, их небольшой размер позволяет им свободно перемещаться по сосудам. Поэтому они могут нести препараты против ишемии, сердечно-сосудистых заболеваний, чтобы минимизировать последствия инсульта. Однако клетки крови не склонны к фагоцитозу и могут переносить на своей мембране буквально одну-две капсулы с лекарством. В то время как стволовые клетки — более крупные по размеры — могут переносить, по нашим экспериментальным данным, до 10 капсул, при этом их функциональная активность не снижается. Это особенно актуально для неоперабельных опухолей, к которым невозможно подобраться хирургическими инструментами, а с помощью маленьких клеток можно”, — отмечает Александр Тимин.

Исследования стволовых клеток политехники ведут совместно с Научно-исследовательским институтом детской онкологии, гематологии и трансплантологии имени Р.М.Горбачевой.

Добавим, иллюстрация к статье ученых Томского политеха также стала обложкой номера журнала Advanced Healthcare Materials. Она демонстрирует, как клетки, нагруженные нанокапсулами с биологически активными соединениями, по кровотоку мигрируют в очаг опухоли или воспаления.