Сотрудники химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова вместе с коллегами из 27-го Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (США) разработали основу для новых наноразмерных препаратов, нанозимов, которые могут быть использованы в качестве эффективных защитных средств от воздействия нейротоксичных фосфорорганических соединений: пестицидов и боевых отравляющих веществ. Результаты исследования химиков опубликованы в журнале Journal of Controlled Release.

Ученые сконцентрировали свои усилия на адресной доставке в организм ферментов, способных разрушать токсичные фосфорорганические соединения, с помощью нанозимов. Разработка первых наноразмерных препаратов началась более 30 лет назад, и уже в 90-е годы на рынке появились первые нанопрепараты для лечения рака. Первые такие нанозимы были основаны на липосомах — сферических полых включениях, имеющих один или несколько липидных бислоев. Основу новых нанозимов составляет химически модифированный синтезированный в МГУ фермент и биоразлагаемый полимер на основе одной из аминокислот (глутаминовая кислота).

«В конце 80-х моя группа (тогда в Москве) и независимо коллеги в Японии под руководством профессора Казунори Катаоки из Университета Токио стали использовать полимерные мицеллы для доставки маленьких молекул. В 2006 году лекарство на основе полимерных мицелл, разработанное корейской компанией Самьянг, было разрешено к использованию. К этому времени область наномедицины, что называется, взорвалась. В настоящее время буквально сотни лабораторий по всему миру работают в этой области, применяя самые различные подходы для создания подобных наноразмерных препаратов», — рассказывает один из авторов публикации Александр Кабанов.

Схема взаимодействия наночастиц с биологическими молекулами. Wikimedia Commons

Группа профессора Кабанова, переехавшая в США в 1994 году, сосредоточилась на создании полимерных мицелл, которые могли бы включать в себя биополимеры за счет электростатических взаимодействий. Изначально химиков интересовало использование мицелл для доставки РНК и ДНК, позднее ученые активно занялись использованием этого подхода для доставки белков, в частности ферментов, в мозг.

«Я тогда работал в Медицинском центре Университета Небраски в Омахе (США), и к 2010 году у нас уже был очень большой задел в этом направлении. Поэтому, когда моя коллега с кафедры химической энзимологии МГУ, профессор Наталья Клячко, предложила мне подать заявку на первый конкурс мегагрантов, направление исследований новой лаборатории было на поверхности: использовать наш принцип доставки, который мы назвали «нанозим», для «улучшения» ферментов, разработанных коллегами в МГУ с целью их дальнейшего медицинского применения», — поясняет Александр Кабанов.

В качестве доставляемого фермента ученые вместе с группой энзимологов МГУ под руководством Елены Ефременко выбрали органофосфатгидролазу, которая может расщеплять токсичные пестициды и боевые отравляющие вещества. Однако ее недостатком является бактериальное происхождение и, как следствие, иммунный ответ при введении в организм млекопитающих, а также малая стабильность и быстрое выведение из организма.

Химики решили эту проблему, применив «сборочный» подход: в результате включения фермента органофосфатгидролазы в нанозим снижается иммунный ответ, существенно увеличивается стабильность фермента при хранении и увеличивается время его жизни после введения в организм. В экспериментах на крысах, описание которых были опубликованы в научной статье, было доказано, что препарат эффективно защищает организм от летальных доз высокотоксичных пестицидов и даже боевого отравляющего вещества, например VX-газа.

«Очень важным является простота нашего подхода: нанозим органофосфатгидролазы получается простым смешением водных растворов высокоочищенного фермента и безопасного биосовместимого полимера. Этот нанозим самособирается за счет электростатических взаимодействий между белком (ферментом) и полимером», — резюмирует Александр Кабанов.

По словам ученого, простота и технологичность подхода в сочетании с полученными на животных результатами дают надежду на то, что этот препарат может быть успешным и в клиническом применении.