Научный прогресс предоставляет врачам все новые лекарственные препараты, а также платформы для их доставки. Российские ученые сравнили два способа для внутриклеточной доставки лекарственных препаратов — белковые наночастицы и везикулы, то есть «пузырьки» из липидов и белков. Оба типа препаратов имеют свои преимущества и могут использоваться вместе — в виде композитных наночастиц. Работа опубликована в журнале Current Drug Delivery.
С помощью новых средств можно доставлять нужные вещества внутрь клеток, изменять их состояние и тем самым лечить онкологические и инфекционные заболевания, нарушения метаболизма и конформационные заболевания. Такие частицы для доставки состоят из белков, везикул («пузырьков» из липидов и белков), или волокон.
Коллектив российских ученых из МФТИ, Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи Минздрава РФ и Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА сравнили два способа внутриклеточной доставки лекарственных препаратов, которые отличаются химическим составом — белковые наночастицы и внеклеточные везикулы. Ученые описали свойства обеих групп, их преимущества и недостатки.
Обе платформы для внутриклеточной доставки объединяют низкая токсичность и природный состав. В то же время у них есть и значительные различия. Препараты белковых наночастиц очень стабильны и могут храниться в холодильнике годами, не теряя ферментативную активность и способность специфично связывать антигены. В крови или слюне такие препараты сохраняют стабильность в течение пяти дней. Их вводят интраназально или перорально, что позволяет белковым наночастицам эффективно проникать в различные органы и избирательно накапливаться в мозге и кишечнике в течение одного-двух дней. Однако внутри клетки такие частицы быстро разрушаются, поскольку попадают в специальные органеллы (эндосомы и лизосомы), где происходит их «переваривание». В итоге спустя пять суток после введения белковые частицы уже невозможно обнаружить в клетке.
Этого недостатка лишены везикулы и липосомы — очень мелкие «пузырьки» с оболочкой из липидов (жироподобных веществ) и белков. В отличие от белковых наночастиц, после сближения с клеткой везикулы сливаются с ее внешней мембраной, которая имеет сходный состав. В результате их содержимое попадает в цитоплазму, минуя лизосомы. Кроме того, препараты с липидной оболочкой меньше влияют на иммунную систему и подходят для доставки как водорастворимых (гидрофильных), так и жирорастворимых (гидрофобных) соединений.
С другой стороны, везикулы не так долговечны, как стабильные белковые наночастицы. В частности, они чувствительнее к солевому составу раствора и его замораживанию и оттаиванию. Везикулы можно получать из клеток животных, что связано с риском инфекций и этическими проблемами. Однако их можно также выделять из растительных соков, что делает процесс более простым и эффективным.
«Оба подхода бионанотехнологий основаны на природных аналогах наноматериалов и не являются альтернативными. Возможно конструирование композитных наночастиц, состоящих из белкового ядра в центре и клеточной мембраны снаружи. Таким образом мы имитируем реальные биологические системы — оболочечные вирусы. Это позволяет сочетать преимущества белковых наночастиц и мембранных везикул», — подвела итог первый автор статьи Ольга Морозова, старший научный сотрудник лаборатории функциональных биоматериалов МФТИ.
