(Фото: Christine Daniloff/MIT)

Лекарственные препараты, доставляемые наночастицами, перспективны для адресного лечения многих заболеваний, включая рак. Однако такие частицы требуют инъекционного введения, что значительно сужает сферу их использования. Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) и Женской больницы Бригема (Brigham and Women’s Hospital, BWH) разработали новый тип наночастиц, которые можно принимать внутрь. Они поглощаются клетками пищеварительного тракта, что позволяет избавить пациентов от инъекций.

В статье, опубликованной в интернет-издании журнала Science Translational Medicine, исследователи описали использование таких наночастиц для введения инсулина мышам, но, по их словам, их можно применять для транспортировки любого лекарства, которое потенциально может быть инкапсулировано в наночастицу. Новые наночастицы покрыты антителами, действующими в качестве ключа для разблокировки поверхностных рецепторов клеток, выстилающих кишечник, что позволяет частицам «прорываться» через его стенки в кровоток.

«Если бы вы были пациентом и у вас был бы выбор, нет никаких сомнений, что вы предпочли бы препараты, которые можно принимать внутрь», – говорит профессор Роберт Лангер (Robert Langer), преподаватель Института интегративных исследований рака Давида Коха Массачусетского технологического института (The David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research at MIT), один из ведущих авторов разработки.

В настоящее время проходят клинические испытания нескольких типов наночастиц, несущих химиотерапевтические препараты или короткие интерферирующие РНК, способные селективно блокировать гены. Терапевтический эффект этих частиц основан на том, что опухоли и другие больные ткани окружены высокопроницаемыми кровеносными сосудами. Введенные внутривенно наночастицы просачиваются через поры таких сосудов и высвобождают свой полезный груз, например, в опухолевую ткань.

Чтобы наночастицы можно было принимать внутрь, они должны обладать свойством проникать в кровоток через слизистую оболочку кишечника, состоящую из слоя эпителиальных клеток, образующих непреодолимые барьеры – так называемые плотные соединения.

Руководитель исследования директор лаборатории
наномедицины и биоматериалов Женской больницы
Бригема Омид Фарохзад (Omid Farokhzad).
(Фото: farokhzad.bwh.harvard.edu)

«Ключевая проблема состоит в том, как заставить наночастицу преодолеть этот клеточный барьер. Всякий раз, когда клетки хотят образовать барьер, они создают эти межклеточные связки – что-то наподобие кирпичной стены, где кирпичи – это клетки, а строительный раствор – связки, – и ничто не может проникнуть через такую стену», – объясняет руководитель исследования Омид Фарохзад (Omid Farokhzad), директор лаборатории наномедицины и биоматериалов (Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials) BWH.

Ученые уже предпринимали попытки прорваться через эту стену, временно разрушая плотные соединения. Однако такой подход хотя и позволял наночастицам поступать в кровоток, но сопровождался нежелательными побочными эффектами: вместе с наночастицами в кровь поступали и вредные бактерии.

Чтобы создать наночастицы, избирательно преодолевающие этот барьер, исследователи использовали уже известные данные о том, каким образом дети младенческого возраста усваивают антитела, содержащиеся в материнском молоке. Эти антитела прочно связываются с поверхностным клеточным рецептором FcRN, что и дает им доступ в близлежащие кровеносные сосуды через клетки слизистой оболочки кишечника.

Доктор Фарохзад и его коллеги покрыли свои наночастицы молекулами белка Fc – частью антитела, взаимодействующего с рецептором FcRN, присутствующим на клетках кишечника не только младенца, но и взрослого человека. После попадания наночастиц в кишечник белки Fc связываются с рецепторами FcRN на клетках слизистой оболочки и получают доступ в клетку, перенося вместе с собой всю наночастицу.

«Мы проиллюстрировали общую концепцию использования этих рецепторов для транспорта наночастиц, которые могут содержать практически все что угодно. Любая молекула, которая с трудом пересекает этот барьер, может быть загружена в наночастицу и переправлена через него», – комментирует разработку один из ее авторов Рохит Карник (Rohit Karnik).

По мнению профессора молекулярной фармакологии, физиологии и биотехнологии Университета Брауна (Brown University) Эдит Матиовиц (Edith Mathiowitz), открытие учеными из MIT механизма проникновения в клетку этого типа частиц является ключевым шагом к разработке их пероральной доставки.

В этом исследовании ученые продемонстрировали пероральную доставку инсулина в экспериментах на мышах. Наночастицы из биологически совместимого полимера PEG-PLA, покрытые белком Fc, достигали кровотока в 11 раз более эффективно, чем аналогичные наночастицы без покрытия. Кроме того, количество доставленного инсулина было достаточным, чтобы снизить уровень сахара в крови животных.

Те же принципы исследователи надеются применять и к проектированию наночастиц, которые смогут преодолевать другие барьеры, например, гематоэнцефалический, препятствующий попаданию многих лекарств в головной мозг. Кроме того, готовясь к дальнейшим испытаниям на животных, они работают и над оптимизацией высвобождения лекарств из наночастиц.

Оригинальная статья

Transepithelial Transport of Fc-Targeted Nanoparticles by the Neonatal Fc Receptor for Oral Delivery