Учёные рассказали о частицах для «упаковки» и постепенного высвобождения лекарств

В частности, использоваться для адресной для адресной доставки лекарств в органы и ткани, а также для того, чтобы действующее лекарственное вещество постепенно высвобождалось по мере естественного разрушения частиц из биополимера в организме — так можно избежать резких колебаний концентрации лекарства в крови или поражённых тканях. Оба типа частиц зарекомендовали себя как эффективная система для доставки различных медикаментов (к примеру, антибактериальных, противоопухолевых, регенерирующих и др.) в организм человека.

Исследователи решали актуальную задачу постепенного высвобождения лекарств и поддержания определённой концентрации лекарственных веществ в организме пациента на протяжении необходимого времени. При традиционных схемах лечения множеством лекарственных препаратов (например, приём таблетки 2 или 3 раза в сутки) действующее вещество поступает в организм неравномерно — ко второму или третьему приёму его концентрация в плазме крови резко падает, а затем, при приёме лекарства, — резко возрастает. Пролонгированное действие лекарства за счёт постепенного высвобождения из микро- и наночастиц может существенно сократить частоту приёма препарата, что может положительно повлиять на качество жизни пациента.

«Микрочастицы и наночастицы из биоразлагаемых биополимеров класса полигидроксиалканоатов, например, (поли(3-гидроксибутирата) и поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерата), могут выполнять роль систем доставки лекарств внутрь человека или животного. Прямо в эти частицы мы помещаем лекарственный препарат и «отправляем» их в организм, где "агенты" медленно деградируют, не причиняя вреда организму и попутно высвобождая молекулы лекарства. Так можно достигнуть постепенного, без резких скачков, поступления действующего вещества и его более-менее "равномерного" влияния на поражённые органы и ткани. Сами по себе частицы безопасны — биоинертны. Наша иммунная система их замечает, но аллергические и воспалительные реакции при этом минимальны», — отметил ассистент кафедры органической и аналитической химии Института цветных металлов СФУ Сергей Липайкин.

Визуально полученные микро- и наночастицы выглядят как мелкодисперсный порошок белого цвета, под микроскопом же каждая частица — миниатюрная микросфера. В биотехнологии считается, что наночастицы имеют размеры от 1 до 1000 нм, а микро — от 1 до 100 мкм. Оба вида частиц стабильны во внутренней среде организма и не слипаются друг с другом. Однако вводить микрочастицы в кровоток путём инъекции нельзя из-за риска закупорки мелких сосудов кровеносной системы. Так что, микрочастицы, по мнению учёных, более всего подходят для внутримышечного введения и накожного нанесения, или же впрыскивания на слизистую оболочку органов носоглотки.

«В ходе эксперимента по исследованию высвобождения веществ из микрочастиц мы помещали точные навески микросфер различного размера в буферный раствор, кислотно-щелочной баланс которого соответствует показателям человеческого организма, а затем через заранее определённые интервалы времени при помощи спектрофотометра определяли, какая концентрация лекарственного вещества содержится в анализируемом растворе. Далее — строили кривую зависимости содержания препарата в растворе от времени выдерживания. В итоге выяснили, что высвобождение идёт наиболее интенсивно в самом начале, затем концентрация выходит на плато. Предстоит выяснить, как сделать процесс высвобождения максимально равномерным, без резкого всплеска в начале», — сообщил Сергей Липайкин.

По словам исследователей, лекарственные препараты могут наноситься на поверхность микрочастиц или помещаться внутрь, возможно также изготовить миниатюрные «капсулы» для лекарства из биополимера или же «напитать» препаратом пористые микрочастицы. Учёные полагают, что именно такая система доставки будет наиболее щадящей для ослабленных и пожилых пациентов, а также для детей.

«В отличие от микрочастиц более мелкие наночастицы можно вводить непосредственно в кровоток внутривенно, —  объяснил молодой учёный-биотехнолог СФУ Алексей Дорохин. — Наночастицы выводятся из организма достаточно медленно. У них больше шансов задержаться в кровеносной системе и достичь тех органов, где требуется их наибольшая концентрация».

По словам исследователя, применение биополимерных наночастиц существенно расширит возможности по доставке в организм лекарств с низкой биодоступностью, которые при классическом приёме в таблетированной форме сравнительно плохо достигают органов-«мишеней» (разрушаются в кислой среде желудка, гидролизуются и т.д.).

Ещё одно преимущество наноразмерности — способность таких частиц проникать прямо в раковую опухоль сквозь стенки сосудов, питающих новообразование. Это полезно для адресной доставки противораковых препаратов.

«Можно модифицировать поверхность наночастиц молекулами, которые будут восприниматься опухолевыми клетками как потенциальная "еда". Поглощая такую "замаскированную" наночастицу, нагруженную противоопухолевым препаратом, новообразование получит "троянского коня", который в итоге уничтожит опухоль изнутри, деградируя и выделяя лекарство», — уточнил Алексей Дорохин.

По словам исследователя, полученные наночастицы в «маскировочной оболочке» предстоит сделать ещё более миниатюрными, чтобы повысить их успешность в борьбе с раковыми заболеваниями.

Исследования выполнены под руководством профессора кафедры медицинской биологии Екатерины Кесслер (Шишацкой) и заведующей базовой кафедрой биотехнологии Татьяны Воловой в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FWES-2021-0025).