На базе Центра наномедицины (лаборатория нанобиотехнологий) Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси (ИБКИ) в сотрудничестве с Институтом физико-органической химии НАН Беларуси (ИФОХ), а также с Корейским институтом науки и техники (KIST, Южная Корея) разрабатываются новые липидные наночастицы на основе натуральных и модифицированных липидов и аполипротеина А1 с целью эффективной доставки антираковых малых интерферирующих РНК.

Лучшее средство доставки

Ученые продолжают совершенствовать известные и создавать новые методы борьбы с раком. Одно из направлений – разработка основ генетической диагностики и терапии рака: использование малых интерферирующих РНК (миРНК) против опухолевых клеток и наноматериалов для их доставки и скрининга. МиРНК представляют собой короткоцепочечные последовательности, не участвующие в кодировании белков, но являющиеся высокоспецифичными ингибиторами их синтеза. Осуществляется этот процесс с помощью механизма РНК-интерференции. Суть его заключается в подавлении экспрессии конкретного гена путем связывания малой РНК с матричной (информационной) РНК этого гена. Притом для каждого белка имеется высокоспецифичная последовательность миРНК, что исключает вероятность «неправильной» блокировки. Исходя из этого свойства, применение малых РНК может быть направлено на подавление экспрессии белков, ассоциированных с развитием определенного заболевания.

В настоящее время всего несколько препаратов на их основе прошли все клинические испытания. Первый – лекарственное средство Patisiran на основе миРНК и липидных наночастиц было одобрено американским регулятором FDA в августе 2018 года для лечения пациентов в клинике. Основные факторы, ограничивающие активное применение миРНК в терапии различных заболеваний – низкая стабильность миРНК в организме человека, а также их неспособность самостоятельно проникнуть в клетки-мишени без специальных средств доставки. Известные классические наноматериалы обладают, как правило, высокой токсичностью, слабой избирательностью и низкой эффективностью при проникновении в клетки.

Прогресс в разработке препаратов миРНК для лечения онкозаболеваний можно ожидать только при совершенствовании средств доставки в опухолевые клетки. Поэтому основная задача исследователей – разработать новые наночастицы с высокой биосовместимостью для более эффективного переноса миРНК в опухолевые клетки.

Искусственный аналог

Во многих разрабатываемых методах доставки с помощью наночастиц не используются какие-либо модификации, и поглощение комплексов клеткой осуществляется с помощью естественного неспецифического процесса – эндоцитоза. Такой способ доставки имеет риски разрушения лекарственных препаратов лизосомальными ферментами после превращения эндосом в лизосомы. Сегодня особое внимание уделяется механизму доставки липидов в организме с помощью липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Такие частицы состоят из природных структур, а именно, фосфолипидов, простых эфиров холестерина и аполипротеинов. Последние – это белки, которые связываются с липидами, играют важную роль в формировании ЛПВП. Особенность частиц ЛПВП: целенаправленная доставка липидов в клетки печени – гепатоциты. Печень – основной орган метаболизма холестерина, поэтому гепатоциты экспрессируют много рецепторов для ЛПВП. SR-BI является физиологическим рецептором гепатоцитов с высоким сродством к белку аполипопротеину А1 ЛПВП и участвует в двунаправленном переносе холестерина между липопротеинами и клеточной мембраной клеток печени. Таким образом, печень – преобладающий орган-мишень для ЛПВП.

Липидные наночастицы обладают преимуществами: высокая эффективность связывания нуклеиновых кислот на основе липидов, улучшенное проникновение в ткани для доставки лекарств, низкие токсичность и иммуногенность. Таким образом, ЛПВП можно было бы использовать и для доставки миРНК в клетки, связанные с опухолевыми заболеваниями печени. Однако природные ЛПВП неспецифичны для доставки миРНК и могут иметь малое сродство к миРНК. Поэтому сегодня активно разрабатываются искусственные липидные наночастицы, аналоги ЛПВП, для более эффективной доставки миРНК в раковые клетки печени.

Сотрудниками ИБКИ совместно с ИФОХ проводится скрининг эффективности новых разрабатываемых липидных наночастиц на основе натуральных и модифицированных липидов и аполипротеина А1 in vitro на клетках рака печени и отбираются наиболее эффективные наночастицы для их дальнейшей проверки in vivo корейскими партнерами. Создание новых липидных наночастиц используется для разработки новых способов лечения гепатоцеллюлярной карциномы на моделях in vitro и in vivо.

Все стороны коллаборации имеют огромный опыт в разработке новых наноструктурных носителей, анализе их биосовместимости и эффективности. Сотрудники лаборатории нанобиотехнологий ИБКИ (В. Абашкин и авторы этих строк под руководством доктора биологических наук Д. Щербина) проводят исследования различных наноматериалов для направленной доставки нуклеиновых кислот для генетической терапии онкологических заболеваний. Химики из лаборатории химии биоконъюгатов ИФОХ (О. Шарко и В. Шманай) обладают обширным опытом в области синтеза конъюгатов биологических и физиологически активных молекул, наночастиц. Корейский институт науки и техники длительное время занимается исследованиями в области биофотоники, наномедицины и доставки лекарств.

Совместное исследование липидных наночастиц приведет к разработке и внедрению этих наноматериалов в медицину. Международное сотрудничество такого уровня приведет к созданию новых подходов для лечения гепатоцеллюлярной карциномы.

Алеся СТАНОВАЯ, Виктория ЖОГЛА,

младшие научные сотрудники лаборатории нанобиотехнологий ИБКИ

Фото Е. Пашкевич, «Навука»