Лекарственные наномицеллы научились проникать в мозг

Американские ученые из Национальной Лаборатории Лоренса в Беркли разработали новое семейство наноносителей, способных преодолевать гематоэнцефалический барьер и прицельно доставлять лекарства к клеткам опухоли головного мозга. Изобретение уже запатентовано, а результаты проведенного исследования опубликованы в журнале The Journal of Controlled Release.

Новый биополимерный наноноситель представляет собой мицеллы с суперспирализованной пространственной структурой. Мицеллы с рабочим названием «3HM» (3-helix micelles) имеют диаметр всего 20 нанометров (это меньше, чем размер рибосомы), обладают высокой стабильностью и способны к длительной циркуляции в кровотоке пациента.

Отличительное свойство 3HM — способность к самосборке амфифильной (сочетающей гидрофильные и гидрофобные свойства) молекулы: ее «голова» представляет собой пептид, скручивающийся в суперспираль, состоящую из трех α-спиралей, к внешней части которого присоединен «хвост» из молекул полиэтиленгликоля (PEG). С-конец этого пептида также снабжен PEG-цепью, которая формирует невидимый слой на поверхности молекулы, который необходим для увеличения времени циркуляции и избежания отторжения молекулы как чужеродного агента. Это гидрофильная часть амфифила, а его гидрофобный участок расположен на N-конце пептида, к которому присоединена углеводородная функциональная группа. В водном растворе C- и N-концы амфифила взаимодействуют и формируют мицеллу — структурную единицу 3HM.

Ученые протестировали свойства нового носителя in vivo с использованием крыс в качестве модельного организма. В мозг животных были имплантированы клетки глиобластомы, которые сформировали опухоль. Исследование параметров 3HM проводили в сравнении с применяющимися в практике липосомами. Такие липосомы имеют впятеро больший диаметр и, как и 3HM, несут PEG-цепи. Ранее в этой же лаборатории был разработан метод мечения липосом и мицелл с помощью радиоактивной меди ⁶⁴Cu и особого хелатирующего агента 6-BAT, который использовали для присоединения метки к исследуемым молекулам. Распределение меток отслеживали с помощью позитрон-эмиссионной томографии и МРТ, также оценивали кинетику опухоли.

Результаты эксперимента продемонстрировали, что новый наноноситель превосходит своего предшественника: после 48 часов с момента введения препаратов в кровотоке крыс осталось около 15 процентов инъецированной дозы 3HM и только 7 процентов липосом. Кроме того, 3HM накапливается в печени и селезенке животных в значительно меньшей степени, чем пегилированные липосомы.

В настоящее время существует острая необходимость в разработке эффективных методов доставки лекарств к клеткам мультиформной глиобластомы (glioblastoma multiforme, GBM). Эта опухоль сейчас неизлечима и приводит к смерти пациентов приблизительно через 15 месяцев с момента диагностики. Применяемое лечение паллиативно и только лишь обеспечивает относительное улучшение качества жизни пациентов на короткий период времени.

Основная проблема лечения GBM — гематоэнцефалический барьер, стоящий между головным мозгом и кровеносной системой. Эта структура поддерживает гомеостаз мозга, но одновременно препятствует проникновению лекарственных препаратов в клетки опухоли. Все существующие пегилированные формы препаратов для лечения глиобластомы не способны проходить ГЭБ, а терапия в целом требует очень высоких доз препаратов, что связано с токсичностью и риском раннего прерывания терапии.

Таким образом, появление 3HM может ознаменовать не только неожиданный прорыв в методах терапии мультиформной глиобластомы, но и позволит усовершенствовать дизайн следующих поколений наночастиц терапевтического назначения за счет применения МРТ и PET к оценке из свойств.