Изобретение по патенту № 110280 «Мицеллярная композиция для доставки противоракового препарата», обладателем которого является Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко (КНУ), стал третьим среди победителей Всеукраинского конкурса «Лучшее изобретение года – 2015». В его финальную часть попало 285 работ.

Авторы разработки – ведущий научный сотрудник, проф. Татьяна Желтоножская, зав. НИЛ, старший научный сотрудник Лариса Куницкая, (химический факультет КНУ), чл.-корр. НАН Украины Ростислав Стойка и старший научный сотрудник Наталья Бойко (Институт биологии клеток НАН Украины, г. Львов). Церемония награждения победителей состоялась в конце апреля в рамках празднования Международного дня интеллектуальной собственности.

Нанокурьеры против рака

Разработка наноразмерных носителей лекарственных субстанций и биополимеров является горячей темой не только современной химической науки, но и физики, медицины, биологии и фармакологии. Это обусловлено тем, что только треть разработанных на сегодня лекарственных препаратов растворяется в воде и может быть непосредственно введена в живой организм.

Для других двух третей необходимо создавать специальные растворимые формы, чтобы обеспечить их циркуляцию в кровеносной системе организма. Кроме того, большинство лекарственных субстанций являются низкомолекулярными органическими (или неорганическими) веществами, которые достаточно быстро выводятся из организма. Поэтому для получения желаемого терапевтического эффекта необходимо постоянно пополнять их запас для обеспечения определённой концентрации в крови.

Если препараты токсичны, то постоянное введение их в большом количестве вызывает чрезмерное отравление организма, а это приводит к нежелательным побочным эффектам в процессе лечения, как это происходит, например, при химиотерапии злокачественных опухолей.

Именно поэтому лучшие лаборатории мира работают над разработкой носителей, позволяющих существенно снизить активные дозы противораковых препаратов при химиотерапии, уменьшить их вредное воздействие на здоровые органы и ткани живого организма, создать растворимые формы плохо растворимых в воде лекарственных субстанций и обеспечить длительный срок циркуляции лекарств в кровеносном русле.

Среди всего многообразия носителей одними из самых перспективных сегодня считают полимерные мицеллы или, как их ещё называют, мицеллярные наноконтейнеры.

Такие наноконтейнеры, образованные в результате самосборки макромолекул амфифильных блок-сополимеров, способны связывать (инкапсулировать) лекарственные субстанции или биополимеры в водной среде за счёт различных физических взаимодействий, а затем хранить и транспортировать эти вещества к клеткам живых организмов.

Именно такие носители токсичных и/или плохо растворимых лекарственных субстанций и разрабатываются группой сотрудников кафедры химии высокомолекулярных соединений химического факультета Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, которую возглавляет профессор Татьяна Борисовна Желтоножская.

В клинической практике лечения онкологических заболеваний широко используют доксорубицин благодаря его мощному действию на широкий спектр опухолевых клеток. Однако высокая токсичность этого препарата ограничивает его использование из-за тяжёлых побочных осложнений, прежде всего в работе сердечнососудистой системы.

Мицеллярные наноконтейнеры для доставки доксорубицина, разработанные научной группой Т.Б. Желтоножской, уже прошли успешное испытание in vitro на трёх видах раковых клеток в Институте биологии клетки НАН Украины (под руководством чл.-корр. НАН Украины Р.С. Стойки).

Как оказалось, дозу доксорубицина можно снизить в 3-5 раз, если транспортировать его к клеткам именно таким образом. Производство мицеллярных наноконтейнеров совсем несложное, более того, оно происходит в условиях так называемой «зелёной» химии, поскольку синтез проходит в водной среде. Ведь для биомедицинского использования носители не должны содержать даже остатки вредных органических растворителей.

Разработанный полимерный носитель, электронная микрофотография которого показана на рис. 1, биосовместимый с живым организмом и частично биоразлагаемый.

Ещё одной успешной разработкой в ​​этом направлении является создание мицеллярных наноконтейнеров для доставки другого противоракового препарата – меланина, который является продуктом жизнедеятельности чёрных дрожжей "Nadsoniella nigra sp. X-1 ".

Меланин является биосовместимым и нетоксичным веществом, но практически не растворяется в воде. Этот противораковый препарат и технология его получения являются результатом многолетней творческой работы научной группы профессора Т.В. Береговой из Института биологии и медицины, который входит в состав Киевского национального университета имени Тараса Шевченко.

Благодаря включению наночастиц меланина в разработанные мицеллярные наноконтейнеры на основе блок-сополимеров (рис. 2), удалось создать водорастворимую форму этого противоракового препарата и, таким образом, обеспечить возможность его транспортировки в живом организме.

Что «вкладывают» в наноконтейнеры сегодня?

С мицеллами блок-сополимеров на химическом факультете экспериментируют более 10 лет, поэтому нашли для них уже не одно применение.

Так, в мицеллярные наноконтейнеры инкапсулировали аналог витамина Е – a- токоферолацетат. Он не растворяется в воде, поэтому его невозможно ввести так, чтобы обеспечить эффективное и длительное движение по организму. Если же транспортировать витамин Е и его аналоги в созданных университетскими учёными наноконтейнерах, его дозу можно уменьшить во много (~ 25) раз.

Именно такой результат показали многочисленные успешные испытания, проведенные на группах мышей, кроликов, поросных свиноматок и поросят. Это совместная разработка КНУ имени Тараса Шевченко и Национального университета биоресурсов и природопользования Украины (НУБиП), в которой с другой стороны активное участие принимали профессора В.И. Максин, А.Н. Якубчак и В.И. Карповский.

Эта разработка была также защищена двумя совместными патентами на изобретение и полезную модель, полученными в конце 2015 и в середине 2016 годов, соответственно. Получая аналог витамина Е именно в мицеллярной форме, животные лучше набирали вес, не болели, а кроличьи шубки становились ещё более пушистыми. Испытания на фермах были масштабными и успешными, поскольку было зафиксировано повышение многоплодия свиноматок при использовании мицеллярной формы аналога витамина Е, большее количество поросят при отлучении от свиноматок, а также лучшие показатели роста и сохранности поросят.

И, наконец, ещё один «пассажир» наноносителей, разработанных группой профессора Татьяны Желтоножской – наночастицы серебра очень малого размера (2-8 нм), синтезированные прямо в мицеллоподобных структурах (рис. 3).

Защищённое мицеллярной "короной" наносеребро не темнеет на свету и сохраняет свои свойства в водном растворе в течение как минимум двух лет. Это – биоцидный препарат или, как говорят сегодня, "наноантибиотик" нового поколения. Он эффективен в производстве перевязочных и гигиенических материалов, дезинфекции и заживлении ран в госпиталях и одежды военных в полевых условиях.

Несложно наладить производство такого наносеребра даже в виде спрея. Кроме военно-медицинских потребностей, стабилизированное в мицеллоподобных носителях наносеребро способно обеззаразить любую нужную акваторию – будь то питомники рыб или аквариумы, бассейны или городские фонтаны.

Вместе с сотрудниками НУБиП Украины (под руководством проф. Максина В.И.) его успешно испытали на больших рыбных аквариумах. Эксперименты показали, что даже на генетическом уровне препарат можно использовать без биологических рисков, причём его биоцидное действие сохраняется при очень низких концентрациях.

Т.Б. Желтоножская, доктор химических наук, профессор, кафедра химии высокомолекулярных соединений химического факультета,

Л.Р. Куницька, кандидат химических наук, заведующая лабораторией «Информационные среды на основе мономеров и полимеров» кафедры химии высокомолекулярных соединений химического факультета,

Л.Г. Кот, ведущий редактор газеты «Киевский университет», Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко