Революционната технология може да подобри терапевтичната ефикасност на наномедицините
Рецензия от Емили Хендерсън, бакалавър, 17 юли 2020 г.
Изследователи от Московския физико-технологичен институт и техните колеги от Института по биоорганична химия на Шемякин-Овчинников и Института по обща физика на Прохоров към Руската академия на науките са разработили новаторска технология за решаване на ключов проблем, който е попречил на въвеждането на нови лекарства в клиничната практика от десетилетия. Новото решение удължава кръвообращението за почти всяка наномедицина, увеличавайки терапевтичната му ефективност. Изследването на руски изследователи е публикувано в Biomedical Engineering of Nature и е включено в раздела News & Views на списанието.
Развитието на медицинската химия от края на 19 век доведе до прехода от традиционната медицина към лекарства със строго определени химически формули. Въпреки че е на около 150 години, тази парадигма все още стои в основата на абсолютното мнозинство от съвременните лекарства. Активните им молекули са склонни да изпълняват проста функция: активират или деактивират определен рецептор.
От 1970 г. насам обаче много лаборатории търсят лекарства от ново поколение, които едновременно да изпълняват няколко сложни действия. Например, идентифицирайте раковите клетки чрез набор от биохимични следи, докладвайте местоположението на тумора на лекаря, след което унищожете всички злокачествени клетки чрез токсини и нагряване.
Тъй като молекулата не може да изпълнява всички тези функции, трябва да се използва по-голяма супрамолекулярна структура или наночастица.
Въпреки огромното разнообразие от наноматериали, разработени до момента, само най-простите с много специфични функции са ги превърнали в клинична практика. Основният проблем с използването на терапевтични наночастици е свързан с невероятната ефективност на нашата имунна система. През хилядолетията еволюцията е усъвършенствала способността на човешкото тяло да елиминира наномащабни чужди образувания, от вируси до частици дим.
Когато се прилагат в разумни дози, повечето изкуствени наночастици се изчистват от кръвообращението от имунната система за минути или дори секунди. Това означава, че колкото и усъвършенствани да са лекарствата, по-голямата част от дозата дори няма да има шанс да влезе в контакт с целта, а ще засегне здравата тъкан, обикновено по токсичен начин.
В скорошната си статия екип от руски изследователи, ръководен от Максим Никитин, който ръководи лабораторията за нанобиотехнологии в MIPT, предложи революционна универсална технология, която значително разширява кръвообращението и подобрява терапевтичната ефикасност на различни наноагенти, без да изисква тяхното модифициране.
Технологията използва факта, че имунната система непрекъснато премахва старите червени кръвни клетки с изтекъл срок на годност - около 1% на ден при хората - от кръвния поток.
Предположихме, че ако леко ескалираме този естествен процес, можем да хванем имунната система. Тъй като става зает с елиминирането на червените кръвни клетки, по-малко внимание се отделя на изчистването на терапевтичните наночастици. Преди всичко искахме да отвлечем вниманието на имунната система по най-нежния начин, в идеалния случай чрез вродените механизми на тялото, а не чрез изкуствени вещества. "
Максим Никитин, ръководител на лабораторията за нанобиотехнологии в MIPT
Екипът излезе с елегантно решение, което включва инжектиране на мишки с антитела, специфични за червените кръвни клетки. Това са молекули, които формират основата на имунната система на бозайниците. Те разпознават обектите, които трябва да бъдат отстранени от тялото, в този случай червените кръвни клетки. Хипотезата се оказа вярна и малка доза от антитела - 1,25 милиграма на килограм телесно тегло - се оказа много ефективна, разширявайки кръвния поток на наночастиците десетки пъти. Компромисът беше много умерен, като мишките показаха едва 5% спад в броя на червените кръвни клетки, което е наполовина по-малко от това, което се нарича анемия.
Изследователите установяват, че техният подход, наречен „цитоблокада“ на мононуклеарната фагоцитна система, е универсално приложим за всички наночастици. Той удължи времето за циркулация на малки квантови точки с размери само 8 нанометра, средни частици от 100 нанометра и големи микрометри, както и най-модерните наноагенти, одобрени за употреба върху хора: покрити "стелт" липозоми. Полимер, които се маскират под покритие от много инертен полиетилен гликол, за да се скрие от имунната система. В същото време цитоблокадата не пречи на способността на организма да отблъсква бактериите (естествени микрочастици) в кръвта, както в малки дози, така и в случаи на сепсис.