После введения в кровь адресные полимерные наночастицы (показаны розовым), мишенью которых является коллаген-IV, концентрируются в зоне воспаления. «Самоорганизующиеся адресные наночастицы, способные разрешать воспаление, могут широко использоваться в медицине, в том числе для лечения атеросклероза», - считает соведущий автор исследования директор Лаборатории наномедицины и биоматериалов BWH Омид Фарохзад (Omid Farokhzad), MD. (Фото: Farokhzad Lab)
Воспаление – естественный механизм защиты организма от вторжения патогенных микроорганизмов и повреждения тканей. При остром воспалении патогены и медиаторы воспаления удаляются из организма. При хронических воспалительных состояниях стадия разрешения воспалительного процесса нарушается. В настоящее время широко распространено мнение, что нарушение разрешения воспаления является одним из основных факторов, способствующих прогрессированию ряда тяжелых заболеваний, таких как атеросклероз, артрит, нейродегенеративные заболевания и, в первую очередь, рак. Поскольку уровень воспаления при этих заболеваниях очень высок, для его сдерживания необходимы терапевтические препараты с адресным действием.
Ученые Женской больницы Бригема (Brigham and Women's Hospital, BWH), Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, CUMC), Школы медицины Маунт Синай (School of Medicine at Mount Sinai) и Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) разработали мельчайшие наночастицы, менее 100 нм в диаметре, способные инкапсулировать и высвобождать пептидный препарат, стимулирующий стадию разрешения воспалительного процесса. Они показали, что эти частицы, контролируемо высвобождающие свой терапевтический груз в течение длительного времени, являются мощным нанопрепаратом с селективным таргетингом зон воспаления. Уникальность новых наночастиц состоит в том, что их мишенями является внеклеточная микросреда воспаленной ткани. Частицы медленно высвобождают свой мощный разрешающий воспаление груз таким образом, что он распространяется по воспаленной ткани. Там препарат связывается с рецепторами на плазматической мембране активированных лейкоцитов и в значительной степени подавляет их активность.
«Красота этого подхода заключается в том, что, в отличие от многих других противовоспалительных стратегий, в нем для предотвращения развития воспалительных повреждений используется принцип самой природы, который не подавляет защитные силы организма и способствует восстановлению тканей», - комментирует разработку старший соавтор исследования Ира Табас (Ira Tabas), MD, PhD, профессор CUMC.
В качестве строительных блоков самоорганизующихся адресных наночастиц были разработаны полимеры, состоящие из трех цепочек. Одна цепочка делает возможным захват и контролируемое высвобождение терапевтического груза, в данном случае пептида, имитирующего проразрешительные свойства белка аннексина A1, – Aс2-26. Вторая цепочка делает наночастицы невидимыми для иммунной системы и печени, создавая условия для их долгосрочной циркуляции после системного введения. Благодаря третьей наночастицы становятся самонаводящимися – их мишенью является белок коллаген-IV в стенке сосудов. Таким образом, наночастицы способны селективно притягиваться к поврежденной сосудистой сети и высвобождать терапевтический противовоспалительный груз, где это необходимо, эффективно стимулируя разрешение воспалительного процесса.
«Эти адресные полимерные наночастицы способны в очень малых дозах предотвращать инфильтрацию нейтрофилами – самым распространенным видом лейкоцитов – больных или травмированных тканей», - говорит соведущий автор Назила Камали (Nazila Kamaly), PhD, постдокторант BWH. «Их действие подавляет секрецию нейтрофилами сигнальных молекул, способных привести к постоянному состоянию гипервоспаления и дальнейшим осложнениям болезни».
«Наночастицы, селективно связывающиеся с поврежденными сосудами, могут сыграть большую роль в лечении распространенных заболеваний, таких как атеросклероз, где в основе патологии лежит повреждение сосудов. Эта работа предлагает новый адресный нанопрепарат для развивающейся области разрешения воспаления – поля, пионером изучения которого был доктор Чарльз Серхан [Charles Serhan] из BWH», - говорит соведущий автор исследования Габриэль Фредман (Gabrielle Fredman), PhD, постдокторант Медицинского центра Колумбийского университета.
Полимерные наночастицы были испытаны на мышах с перитонитом (воспалением брюшины – тонкой оболочки, выстилающей внутреннюю поверхность брюшной полости) и с ишемически-реперфузионным повреждением задних конечностей (повреждением тканей, возникающем при восстановлении кровоснабжения после периода ишемии). У мышей с перитонитом внутривенное введение Ac2-26-содержащих наночастиц значительно более эффективно ограничивало рекрутинг нейтрофилов, а также ускоряло разрешение воспалительного процесса, чем внутривенное введение не защищенного наночастицами пептида Ac2-26. У мышей с реперфузионным повреждением наночастицы уменьшали повреждение тканей в сравнении с каждым из двух типов контрольных наночастиц – содержащих пептид Aс2-26, в котором аминокислоты были «перемешаны», чтобы сделать его биологически неактивным, и Aс2-26-наночастицами без таргетинг-компонента, делающего их мишенью коллаген-IV.
В настоящее время ученые работают над наночастицами для лечения атеросклероза: предварительные эксперименты показывают, что они способны к таргетингу атеросклеротических бляшек.
Уже подана заявку на патент на адресные полимерные разрешающие воспаление наночастицы для лечения целого ряда хронических воспалительных заболеваний, включая атеросклероз, аутоиммунные заболевания, сахарный диабет 2 типа и болезнь Альцгеймера.